PROPUESTA DE UN MODELO PEDAGÓGICO Y DIDÁCTICO PARA LA ENSEÑANZA DE LOS CIRCUITOS ELÉCTRICOS EN INGENIERÍA

MECATRÓNICA EN EL ITM

UNIVERSIDAD NACIONAL DE COLOMBIA

WIMAR MORENO SILVA

UNIVERSIDAD NACIONAL DE COLOMBIA FACULTAD DE CIENCIAS

MAESTRÍA EN CIENCIAS EXACTAS Y NATURALES MEDELLIN, COLOMBIA

2013

2

PROPUESTA DE UN MODELO PEDAGÓGICO Y DIDÁCTICO PARA LA ENSEÑANZA DE LOS CIRCUITOS ELÉCTRICOS EN INGENIERÍA

MECATRÓNICA EN EL ITM

UNIVERSIDAD NACIONAL DE COLOMBIA

WIMAR MORENO SILVA

Trabajo final presentado como requisito parcial para optar al título de: Magister en Enseñanza de las Ciencias Exactas y Naturales

Directora: JULIA VICTORIA ESCOBAR LONDOÑO

UNIVERSIDAD NACIONAL DE COLOMBIA FACULTAD DE CIENCIAS

MAESTRÍA EN LA ENSEÑANZA DE LAS CIENCIAS EXACTAS Y NATURALES MEDELLIN COLOMBIA

2013

3

Agradecimientos A la Universidad Nacional de Colombia Sede Medellín por propiciar espacios para la cualificación docente. A mi profesora y directora Julia Victoria Escobar Londoño por ser mi guía, mi ejemplo y mi aliento para el desarrollo y la culminación de este proyecto. A Julio Casas Monroy director del Departamento de Mecatrónica y Electromecánica del ITM por su constante apoyo, y por supuesto a mis estudiantes, familia y amigos sin los cuales no hubiese sido posible la realización de esta investigación.

4

Resumen En la formación integral en Ingeniería Mecatrónica y en particular en la asignatura de circuitos eléctricos los estudiantes deben poseer habilidades de pensamiento para el dominio en el campo conceptual aunadas a la capacidad para el trabajo practico-experimental. Para la adquisición de dichas destrezas se propone plantear un modelo de enseñanza basado en el aprendizaje significativo y mediante la implementación de una unidad didáctica potencialmente significativa (UEPS), que parta de la enseñanza de la corriente eléctrica a través del principio de conservación de la energía, que permita integrar la estructura conceptual lógica de la disciplina en la estructura psicológica de los estudiantes de segundo semestre de Ingeniería Mecatrónica del ITM (Instituto Tecnológico Metropolitano), en la asignatura de circuitos eléctricos todo ello encaminado a que los procesos de enseñanza y de aprendizaje sean potencialmente significativos. Abstract The integral formation in mechatronics engineering in particular in the subject of electrical circuits students must possess skills of thinking for the domain in the conceptual field coupled with the ability for practical-experimental work. For the acquisition of such skills intends to propose a teaching model based on the meaningful learning and through the implementation of a potentially significant teaching unit., starting from the teaching of electric current through the principle of conservation of energy, allowing to integrate the conceptual-logical structure of discipline in the psychological structure of students in the second semester of the Mechatronics engineering of the ITM, in the subject of electrical circuits all aimed at teaching and learning processes to be potentially significant. Palabras y frases clave: Aprendizaje significativo, corriente eléctrica, actividades potencialmente significativas, Unidad de enseñanza potencialmente significativa. Keywords: Significant learning, electric current, potentially significant activities, potentially significant teaching unit.

5

CONTENIDO

pág.

INTRODUCCIÓN 11 1. JUSTIFICACIÓN Y FORMULACIÓN DEL PROBLEMA 12 2. OBJETIVOS 13 2.1 OBJETIVO GENERAL 13 2.2 OBJETIVOS ESPECÍFICOS 13 3. MODELO ESTRATÉGICO DE APRENDIZAJE SIGNIFICATIVO (MEDAS) 14 3.1 EL CONSTRUCTIVISMO COMO PUNTO DE PARTIDA 14 3.2 MODELO MEDAS 14 3.3 DESCRIPCIÓN DEL MODELO 19 3.4 COMPONENTES: DEFINICIONES Y CARACTERÍSTICAS 19 3.4.1 Contexto socio cultural 20 3.4.2 Mediador 20 3.4.3 Aprendiente 21 3.4.4 Plan estratégico de acción pedagógica 22 3.4.5 Información 22 3.4.6 Transferencia 22 3.4.7 Metas 23 3.5 EL MODELO EN EL CONTEXTO DE LA INGENIERÍA MECATRÓNICA 23

6

3.6 LA MECATRÓNICA Y SUS ÁREAS 28 3.7 COLOMBIA Y LA MECATRÓNICA 30 3.8 LA MECATRÓNICA EN EL AULA 30 3.8.1 Atributos del mediador y aprendientes en mecatrónica 30 4. METODOLOGÍA 33 4.1 PRIMER MOMENTO: INVESTIGACIÓN CUALITATIVA Y EL ESTUDIO DE CASOS 33 4.1.1 Estudio de casos 34 4.2 SEGUNDO MOMENTO 35 4.2.1 Diagnóstico, intervención y evaluación de resultados 35 4.3 ETAPA 1: CONTEXTO GENERAL Y DIAGNÓSTICO DE SABERES PREVIOS 36 4.3.1 Actividades de diagnóstico de saberes previos 38 4.3.2 Actividades 38 4.4 SEGUNDA ETAPA: EXPERIENCIA DE AULA: IDENTIFICACIÓN DEL PLAN DE ACCIÓN PEDAGÓGICA, DISEÑO DE LA UEPS EN CIRCUITOS ELÉCTRICOS BASADO EN LAS IDEAS PREVIAS DE LOS ESTUDIANTES 43 4.4.1 Objetivos de la unidad 43 4.4.2 Contextualización 44 4.4.3 Teoría preliminar 44 4.4.4 Modelos que poseen los aprendientes acerca de los preconceptos de electricidad y los circuitos eléctricos 45 4.4.5 Referente disciplinar 47 4.4.5.1 Ley de conservación de la energía 48

7

4.4.5.2 Historia de la electricidad y la corriente eléctrica 49 4.4.5.3 Ahondemos un poco en la historia 50 4.4.5.4 Desde el siglo XVII hasta hoy 51 4.4.5.5 Ley de ohm y leyes de Kirchhoff 54 4.5 MICROPROYECTO FINAL 56 5. ANÁLISIS, PRESENTACIÓN DE RESULTADOS Y CONCLUSIONES DE CADA ACTIVIDAD 57 5.1 INCONVENIENTES 72 6. CONCLUSIONES Y RECOMENDACIONES 74 BIBLIOGRAFÍA 76 CIBERGRAFÍA 79

ANEXOS 80

8

LISTA DE TABLAS

pág.

Tabla 1. Registro de pérdida y deserción circuitos de 2011 a 2013 37 Tabla 2: Diagnóstico de conocimientos previos, áreas de reconocimiento 58 Tabla 3. Conceptos sobe la corriente y porcentajes 62 Tabla 4. Categorías de la corriente y porcentajes 65 Tabla 5. Modelos circuitales y porcentajes 67 Tabla 6. Tabla comparativa acerca de la corriente y apreciación de los aprendientes en dos momentos 70 Tabla 7. Categorías acerca de la corriente y su evaluación en dos momentos 70 Tabla 8: Porcentaje de estudiantes que cancelaron, perdieron o ganaron en los últimos 3 semestres 70

9

LISTA FIGURAS

pág.

Figura 1. Organizador previo 17 Figura 2. Modelo propuesto MEDAS 18 Figura 3. La mecatrónica y sus áreas 28 Figura 4. Modelo Unipolar 45 Figura 5. Modelo concurrente 46 Figura 6. Modelo de atenuación 46 Figura 7. Modelo de reparto 47 Figura 8. Experimento de Inducción electromagnética de Faraday 52 Figura 9. Movimiento de los electrones en la banda de conducción y de huecos en la banda de valencia de un semiconductor, bajo la acción de un campo eléctrico aplicado E 53 Figura 10. Leyes de Kirchhoff 55

10

LISTA DE ANEXOS

pág.

Anexo A: Pruebas de saberes previos primera sesión de clase y cuatro actividades en cuatro momentos 80 Anexo B: Diagnóstico de saberes previos sobre principios eléctricos, sesión de clase 2, 4 actividades en 4 momentos 84 Anexo C. Presentación de diapositivas para el afianzamiento de los conceptos 96 Anexo D. Acertijos y problemas para el trabajo independiente 120 Anexo E. Guía de Laboratorio 129 Anexo F. Construcción de una fuente de voltaje regulada 154 Anexo G. Evidencias sobre la construcción de la fuente regulada 161

11

INTRODUCCIÓN

Enseñar en ingeniería Mecatrónica requiere disponer de conceptos y técnicas para facilitar el encuentro entre la misma y el aprendizaje significativo. El maestro como un docente facilitador y dinamizador será el puente entre el conocimiento y el estudiante, y deberá no sólo desarrollar en ellos habilidades práctico experimentales, sino más importante aún cualificarlos para un mundo que urge de personas con habilidad para la resolución de problemas, la toma de decisiones, la inferencia, la relación con otros contextos y colateralmente desarrollar habilidades que requieran autorreflexión permanente, motivación por el conocimiento, fortalecer el autoconcepto y preparar individuos conscientes de sus fortalezas y debilidades y que puedan diagnosticar y argumentar de manera oral y escrita sus opiniones, conceptos y posturas. El aprendiente tendrá que recurrir al estudio tanto presencial como a distancia para lograr competencias en el saber, en el saber hacer y en el ser, además de adquirir habilidad para el autoaprendizaje, para esto deberá realizar tareas permanentes durante y para ello tendrá que recurrir al estudio tanto y responder con productos tanto teóricos como prácticos, que serán objeto de socialización y evaluación. Este proyecto estará basado en los materiales de apoyo trabajados a lo largo de la Maestría en la Enseñanza de las Ciencias Exactas y Naturales en la Universidad Nacional (Sede Medellín), al integrar estructuras conceptuales propias de la disciplina con la estructuras cognitivas de los estudiantes, destacando criterios del constructivismo y del aprendizaje significativo, fundamentales para que tanto los procesos de enseñanza como de aprendizaje sean potencialmente significativos. La planificación y presentación del proyecto contempla un recorrido donde se ilustra y se identifican los componentes, la estructura y las funciones de cada elemento del modelo pedagógico propuesto (MEDAS: Modelo Estratégico De Aprendizaje Significativo), aquí es necesario aclarar que debido a la intencionalidad de la propuesta, el docente es un mediador y el estudiante un aprendiente, cuando se utilice cualquiera de estos apelativos, tendrán las características que más adelante se destacarán cuando se caracterice el modelo y se expongan de manera detallada sus componentes. Es mediante el modelo además, que se desarrollan los principios conceptuales y prácticos que orientan el proyecto de acción pedagógica y de la disciplina, llevado a cabo como una experiencia de aula mediada por la implementación de una UEPS (unidad de enseñanza potencialmente significativa). Se determina además, el propósito del

12

proyecto, la manera de alcanzar las metas, y el curso de acción pedagógica de la unidad de aprendizaje propuesta; dónde se vivirá: conceptualización, práctica guiada, transferencia libre y evaluación; para culminar determinando cómo sabemos cuánto han avanzado los estudiantes en todo este proceso, mediante la presentación y el análisis de los resultados.

13

1. PLANTEAMIENTO Y JUSTIFICACIÓN DEL PROBLEMA Debido a la alta tasa de deserción y la alta reprobación de la asignatura de circuitos eléctricos en la Ingeniería Mecatrónica del ITM, se detectó como causa principal, la poca asimilación de conceptos eléctricos tales como corriente eléctrica, voltaje o tensión eléctrica, y resistencia eléctrica, (tres conceptos en los que se basa la ley de Ohm), aunada a la falta de aprehensión de conceptos previos de la física, especialmente lo relacionado con los principios de conservación de la energía y de la carga, de los cuales se tienen vagas nociones por parte de los aprendientes. Para modificar entonces el acto pedagógico en la Ingeniería Mecatrónica se enfatiza en la importancia de la propuesta de un modelo. En este caso el modelo propuesto, es el Modelo Estratégico De Aprendizaje Significativo (M.E.D.A.S) soportado en un plan de acción pedagógico, que busca relacionar no sólo la transferencia de conocimientos específicos, sino que involucra el desarrollo de habilidades de pensamiento de orden superior, estrategias de autoaprendizaje y genera reflexiones permanentes en los aprendientes con respecto a sus procesos de pensamiento. De esta manera los conflictos cognitivos aparecen y permiten que se pueda construir de manera significativa el aprendizaje, aprender a aprender, planteando problemas eléctricos desde la Mecatrónica misma, pero con un alcance y una dilucidación mayor. Es claro además que un ingeniero Mecatrónico tenga desarrolladas en alto grado sus habilidades para la toma de decisiones, para la resolución de problemas, para relacionar contextos de diferente naturaleza, obligándolo a la generación de nuevos conocimientos, pudiéndolos transmitir y relacionarlos en equipos de trabajo interdisciplinarios y transdisciplinarios, que los obligue al desarrollo de actitudes y percepciones positivas sobre el aprendizaje, mediante hábitos mentales nuevos y productivos logrando llevar a la práctica lo aprendido con satisfacción y significado.

14

2. OBJETIVOS 2.1 OBJETIVO GENERAL Proponer un modelo de enseñanza, basado en el aprendizaje significativo que sea pertinente con la enseñanza de los circuitos eléctricos en Ingeniería Mecatrónica. 2.2 OBJETIVOS ESPECÍFICOS

Diseñar una unidad didáctica potencialmente significativa (UEPS) para la asignatura de circuitos eléctricos, encaminada a la comprensión y el afianzamiento del concepto de corriente eléctrica, partiendo del principio de conservación de la energía, y que tenga como soporte un modelo de enseñanza basado en el aprendizaje significativo.

Aplicar mediadores informáticos como las TICs para la elaboración de una guía práctico-experimental que refuerce la unidad de enseñanza y propicie la asimilación de los conceptos tratados, permitiendo en el estudiante el desarrollo de este tipo de habilidades.

Diseñar rúbricas como instrumentos de soporte para la UEPS, que permitan la evaluación y brinden herramientas para el análisis de datos y las posteriores modificaciones tendientes a las mejoras tanto del modelo como de la práctica docente.

15

3. MODELO ESTRATEGICO DE APRENDIZAJE SIGNIFICATIVO (MEDAS)

3.1 EL CONSTRUCTIVISMO COMO PUNTO DE PARTIDA La aparición del modelo constructivista se debe a factores tanto intrínsecos como extrínsecos del quehacer educativo, pero sobre todo al cambio de paradigma, en cuanto a la necesidad de hacer compatible la exigencia metodológica, el uso adecuado de recursos, el avance en los estudios de cómo aprendemos y qué habilidades cognitivas y cognoscitivas empleamos en ello, sin perder de vista el cumplimiento de los microcurrículos, y los presupuestos económicos con que cuenta cada estado y cada institución, todo esto enmarcado en el cuestionamiento hacia la ciencia y su papel idealizado, el cual ha sido puesto en entredicho favoreciendo la creación de un modelo como el constructivista. En cuanto a las características de este modelo se puede mirar desde una triple perspectiva producto del intento de responder a tres preguntas clave en todo proceso de enseñanza-aprendizaje. Y que son: ¿Qué sabe el estudiante? ¿Cómo aprende? Y por último ¿Es posible un cambio conceptual?, Para la resolución de estas preguntas se ha hecho ingentes esfuerzos dentro de los grupos de investigación educativa para dar cuenta de ellos. Veamos: Con respecto a qué sabe el estudiante: No es posible considerar la mente de un estudiante como una tabula rasa, este debido a su recorrido académico anterior y de su experiencia vital, trae preconcebidas tanto ideas como informaciones acerca del mundo, es bajo diferentes apelativos que se ha hablado de esos conocimientos previos, por ejemplo (marcos alternativos, ideas preconcebidas, ideas previas, pensamientos intuitivos, concepciones espontáneas, etc.) (Pfundt y Duit 1994; Hierrezuelo y Montero 1991)1. Además se les ha asignado diversas propiedades y características, entre ellas están: a) Estas ideas previas se diferencian de aquellas que construye la ciencia para la

descripción de los fenómenos naturales y que van desde burdos acercamientos, hasta los claramente erróneos o nebulosos.

b) Debido a lo implícito de su carácter solo cuando al estudiante se le somete a situaciones donde puedan utilizar dichas ideas, es cuando pueden éstas ser activadas.

c) Entre estudiantes socioculturalmente diferentes estas ideas previas no suelen

variar significativamente.

1 Pfundt, H. Y Duit, R (1994) Bibliography. Students’ alternative frameworks and science education (Institute for Science

Education, Kiel). Hierrezuelo, J. Y Montero, A (1991). La ciencia de los alumnos. Elzevir, Vélez- Málaga)

16

d) Estas ideas previas pueden actuar como un severo obstáculo para la adquisición de nuevos conceptos pues muchas de ellas no solo son erróneas sino que pueden estar arraigadas profundamente en la estructura cognitiva del estudiante y parten desde el propio conocimiento que se la ha propiciado al individuo en su enseñanza previa hasta la información adquirida a través de lo mediático.

e) Según Pozo y Col, 19912 es necesario tener en cuenta la capacidad de cada

estudiante para hacer analogías entre las ideas previas y los nuevos conocimientos.

f) Un factor importante con respecto a las ideas previas, son los instrumentos

para detectarlas, por lo general se utilizan las clásicas herramientas de evaluación, donde la información que se obtiene ya no depende solo del instrumento evaluativo sino del contexto de la temática a resolver y esto puede añadir una incertidumbre mayor a los resultados.

Con respecto a cómo aprende el estudiante: En este apartado se involucra de manera directa el proceso psíquico, aunque son muchos los estudios en este campo de cómo realmente aprendemos y aprehendemos el mundo, es claro que aún no se llega a una respuesta definitiva, sin embargo, se recurre a modelos que generar y se van en pos mediante hipótesis del aprendizaje de los sujetos. Cuando nos referimos al aprendizaje y más al aprendizaje significativo es menester recurrir a David Ausubel3 o si se requiere a un gran estudioso latinoamericano de su propuesta como lo es el brasilero Antonio Moreira4. Ausubel plantea el aprendizaje significativo como un proceso que permite que nuevas informaciones adquieran significado por la interacción y no por la asociación con las informaciones pre-existentes en la estructura cognitiva de los estudiantes, las cuales son a su vez también modificadas durante el proceso, pero para ello el material debe además ser potencialmente significativo, es decir que tenga un significado lógico, no arbitrario y no aleatorio; y el que aprende debe estar dispuesto al aprendizaje, o sea que tenga subsumidores (significados iniciales para signos o símbolos de conceptos que permitan la formación de nuevos conceptos y cuando no existan éstos subsumidores, Ausubel propone un organizador previo entendido como un material introductorio presentado antes del material a ser aprendido, es de aclarar que no son sumarios, ni visiones generales de un asunto particular, sino materiales con un nivel más alto de abstracción, generalidad e inclusión.

2 Pozo, J. I. y otros (1994) La solución de problemas. (Santillana, Madrid)

3 Ausubel, D.P. (1968) Educational Psychology: a cognitive view. New York, Holt, Rinehart, and Winston.

4 Moreira, M, A. y F. S. Massini (1982) Aprendizagem significativa a teoría de David Ausubel. Sao Paulo, editora Moraes p.

95-99

17

En nuestro caso particular Ausubel da un ejemplo muy concreto en el área de la física (Ib. 1978, p. 41) y dice “Un estudiante puede aprender la ley de Ohm, la cual indica que, en un circuito, la corriente es directamente proporcional al voltaje. Sin embargo, esa proposición no será aprendida de manera significativa a menos que el estudiante ya haya adquirido previamente los significados de los conceptos de corriente, voltaje, resistencia, proporcionalidad directa e inversa (satisfechas estas condiciones, la proposición es potencialmente significativa, pues su significado lógico es evidente) y a menos que intente relacionar estos significados como están indicados en la ley de Ohm”. Ejemplo de un organizador previo para la enseñanza de la corriente partiendo de la enseñanza de la energía dónde se parte de un proceso de diferenciación progresiva que va de lo inductivo a lo deductivo y luego mediante un proceso de reconciliación integradora se va de lo deductivo a lo inductivo. Así: Figura 1. Organizador previo

18

Se parte entonces del modelo anterior en caso de que los subsumidores no estén presentes o en procura de disminuir o eliminar los errores propagados, después de aclarar y ahondar acerca de la energía como interacción, transferencia etc., los tipos de energía y sus características, y mediante el principio de conservación de la energía, continuar con la enseñanza del concepto de corriente eléctrica, que nos permita adentrarnos posteriormente y de manera acorde con la ley de Ohm y las dos leyes de Kirchhoff, las cuales podrían entenderse de una manera más amplia si tenemos en cuenta el principio conservación de la energía, veamos ahora un esquema que ilustra nuestro modelo MEDAS. 3.2 MODELO M.E.D.A.S Fig. 2 Modelo propuesto MEDAS

19

3.3 DESCRIPCIÒN DEL MODELO El Modelo Estratégico de Aprendizaje Significativo (M.E.D.A.S.) parte de un contexto socio cultural del cual se toma una información que va a ser procesada, tanto por el Mediador, se sugiere este nombre pues da cuenta de un ser orbitando entre dos universos el del alumno que aprende o aprendiente y el contexto o entorno en el que ambos están inmersos, pero dónde el maestro mediador sirve de eslabón y es a la vez sujeto activo de la enseñanza y del aprendizaje, así como por el aprendiente, cuyo papel también es activo y sugiere a alguien en disposición para el conocimiento. La relación pedagógica entre mediador y aprendiente tiene un carácter bidireccional y ambos están vinculados a través de un plan estratégico de acción, planteado por el mediador y basado en los lineamientos curriculares propuestos por la institución y en consecuencia con los lineamientos generales de educación propuestos por el ministerio de educación nacional para hacer del aprendiente un ser consciente, íntegro y con capacidad de transformación de su entorno y por ende de la sociedad. El aprendiente entonces habrá de entenderse como un ser que está en proceso de transformación, con un potencial a desarrollarse en la búsqueda del ser, del saber y del saber hacer, mediante la activación de la información previa que posee y le permita adquirir nuevos conceptos y aprehenderlos, modificarlos y transferirlos con la ayuda del mediador quien de manera estratégica facilitará la búsqueda de nuevos aprendizajes y el desarrollo de nuevas habilidades. Dentro del plan estratégico de acción pedagógica se incluyen las estrategias de enseñanza (saberes previos, acceso a nueva información, codificación y asimilación), estrategias de aprendizaje (conceptualización, acceso a nuevos conocimientos, realimentación de procesos, transferencia) y estrategias de evaluación mediante las rúbricas diseñadas para ello. Pero veamos ahora con mayor detalle los componentes de este modelo. 3.4 COMPONENTES: DEFINICIONES Y CARACTERÍSTICAS Para la comprensión del modelo es importante desglosar y definir primero sus componentes, dar a conocer sus características y mostrar las interrelaciones entre ellos, Es el modelo, la bitácora de viaje, el universo que amalgama todos los componentes y traza la directriz sobre la que orbitarán los demás elementos, el modelo tiene la característica de ser adaptativo, es decir, permite siempre después de evaluado el proceso generar las correcciones o modificaciones necesarias, permitiendo el afinamiento del mismo, esto solo es posible después de que se ha hecho evaluación y realimentación, más completo aun si se hace con pares académicos o por lo menos con docentes del área en cuestión, pues es la manera

20

de darle un alcance mayor al modelo y al proceso que este involucra, debemos pues no perder de vista durante el proceso los compromisos y las características que posee cada componente. 3.4.1 Contexto socio cultural. Es el universo simbólico, social, familiar, ecológico y físico donde están inmersos tanto los protagonistas del acto educativo, como los componentes pedagógicos, didácticos, así como los materiales y recursos para el aprendizaje y la enseñanza, entiéndase este contexto como un todo dinámico permeado por los procesos psíquicos de los individuos en él presente. Es desde este contexto donde se extrae para la formación de conceptos, que por lo general están en contraposición con las estrategias metodológicas que plantea la ciencia para su aprehensión, es así como nuestros jóvenes mediante los procesos de asimilación, descubrimiento y repetición van forjando e instaurando en sus cerebros teorías e informaciones que pueden ser erradas y aún favorecidas o potenciadas por lo mediático. Pero este contexto como un todo, también es dador y receptáculo, es decir, de manera permanente y dinámica la información presenta los fenómenos de transferencia, intercambio y realimentación. A él llegan y de él salen las informaciones e interacciones de todos los asociados en el acto educativo, así como los procesos, sus relaciones e ideas vinculantes, es decir, este contexto es posible entenderlo como un todo vital, fluctuante y siempre en expansión. 3.4.2 Mediador. Es un docente facilitador y estratégico que posibilita el desarrollo de habilidades de pensamiento y de acción en el aprendiente. Este maestro mediador debe conocer y reconocer que sobre sus hombros hay un pesado fardo, no para doblegarse ante su invisible peso, sino para descubrir que la transformación intelectual, moral y afectiva de sus pupilos y por ende de toda la sociedad, dependen de él. Pues “cuando se habla de maestro (muchas veces en forma equivocada), se describen sus funciones, sus deberes y hasta sus misiones y se olvida su naturaleza humana”5 El maestro debe tener una sólida formación académica que lo capacite en su saber, formado además en pedagogía y con herramientas didácticas versátiles y acordes al grado, tipo de estudiantes, institución, lugar, y advirtiendo que: “La pedagogía, o más bien la didáctica como propuesta de métodos de enseñanza, puede convertirse, y de hecho a veces se convierte, en una excusa para no seguir aprendiendo e investigando en la propia área en la que se ejerce la docencia, y en un sustituto muy pobre para la falta de conocimientos, de entusiasmo, de espíritu

5 MEN, Lineamientos curriculares 1998, implicaciones pedagógicas y didácticas. El rol del educador.

21

investigativo, y de compromiso con la ciencia respectiva” (Vasco 1989). Debe además contar este mediador con una muy buena cultura general, es decir un maestro que sea un lector permanente no solo de libros sino del mundo y de las necesidades actitudes y aptitudes de sus aprendientes, que sepa del bien hablar y del bien escribir, y puesto que un maestro no puede enseñar lo que no sabe, debe actualizarse permanentemente procurando la reflexión de su quehacer educativo, adaptándose a las nuevas tecnologías que debe usar como herramientas más que como remplazo de su deber, debe propiciar entonces ambientes donde impere el respeto, el amor a la diferencia, el cuidado de la naturaleza y la inclusión, si su pretensión es formar seres íntegros, que sean partícipes activos de la transformación y el cambio de la sociedad . Pero para responder a tan variadas exigencias al mediador se le deben propiciar no sólo los espacios y recursos para su labor, sino las posibilidades de capacitación en pedagogía y didáctica, para ejercer su libertad pedagógica en medio de ambientes propicios para la reflexión y la discusión académica, todo esto necesario para llevar a cabo un proceso coherente y pertinente donde él sea parte fundamental y aportante no solo en el PEI de su institución, sino de las reformas curriculares y de las transformaciones sociales que tanto necesitan nuestra nación. Son muchos más los atributos y requisitos que caracterizan al mediador, pero se irán desglosando y especificando en secciones subsiguientes acorde con la especificidad del universo tratado, es decir, el ingenieril, el mecatrónico y el de los circuitos eléctricos. Arribamos ahora a uno de los componentes vitales de este modelo, sino el que más, y sobre el cual el proceso adquiere su real sentido, pues no habría razón, ni soporte del acto educativo, sin el ser que es cobijado por la enseñanza, es decir el que aprende, en otras palabras, el aprendiente 3.4.3 Aprendiente. Es un ser consciente de sus necesidades cognitivas que mediante el estímulo de sus procesos reflexivos, emocionales, motivacionales, actitudinales y críticos busca su propia transformación y la de su entorno. Recordemos que la motivación no se puede enseñar, que ante un cerebro apático no hay modelo pedagógico que valga, por eso es menester que exista un gusto, un deseo de aprender y avanzar en el campo que se ha elegido para la formación profesional, he aquí una fortaleza si se quiere; con respecto a la enseñanza primaria y secundaria, pues el aprendiente universitario eligió apelando a su libre arbitrio la profesión para su realización. Existe una alta petición para el aprendiente que es necesario recalcar y tiene que ver con el acto permanente de la reflexión, no sólo del mundo que lo rodea, sino de los procesos interiores que vive su cerebro y su consciencia es decir, del

22

proceso metacognitivo para la aprehensión de dicho mundo, y la objetiva mirada de sus esquemas de pensamiento, tarea difícil, pero a la que es necesario estar apelando y recordando para que se convierta en un acto espontáneo y natural, que solo será posible mediante un plan de acción llevado a cabo en el aula y reforzado en el trabajo independiente del estudiante. 3.4.4 Plan estratégico de acción pedagógica. Mecanismo que lleva al alcance de las metas propuestas por el mediador para posibilitar una verdadera transformación en el aprendiente. Este plan estratégico contempla varios momentos, siempre en procura de lograr el desarrollo de habilidades en las dimensiones que hacen del aprendiente un ser cualificado integralmente, es decir, en el ser potenciando su responsabilidad, autonomía, disciplina, honestidad, capacidad para el trabajo individual y grupal, autoevaluación, interés por el conocimiento entre otras, en cuanto al saber se entienden aquí, los conceptos y teorías específicos de la asignatura de circuitos eléctricos, los mismos que serán detallados en la unidad didáctica potencialmente significativa (UEPS) y en las otras propuestas para a abarcar las temáticas que den cuenta de la asignatura. En cuanto al hacer se contemplan el desarrollo de habilidades práctico- experimentales para la resolución de problemas circuitales de índole compleja, la resolución de circuitos, el montaje y la puesta a punto de los mismos y la realización de ensayos, preinformes e informes. En este plan se contempla pues el desarrollo y aplicación de la unidad de enseñanza potencialmente significativa, que incluye los objetivos, las metas de contenido, las metas disciplinares, las estrategias de diagnóstico, las estrategias evaluativas, los procedimientos y las rúbricas. 3.4.5 Información. Contenidos que permiten ser construidos, reconstruidos, transformados, aprendidos o enseñados de manera directa o indirecta. Aquí se contempla lo relacionado con los campos de la ingeniería mecatrónica en particular la de los circuitos eléctricos, las características y especificidades de los dispositivos a usar y los instrumentos de medida, en los anexos se condensan todas las ayudas tanto pedagógicas como didácticas, algunas presentaciones sobre temas a tratar, el microcurrículo, las guías de laboratorio, los links para el estudio etc. Es necesario aclarar que dentro de la información se contemplan los recursos con que cuentan los mediadores y los aprendientes para que el plan de acción pueda llevarse a cabo. 3.4.6 Transferencia. Es un proceso consciente de modificación del conocimiento, adaptado a un contexto nuevo, donde mediante un microproyecto el aprendiente podrá no solo poner en práctica los conocimientos y las habilidades adquiridas, sino hacer la transferencia al entorno mediante un producto físico, en este caso

23

una fuente regulada de voltaje que por su utilidad será un dispositivo que le facilitará al estudiante el desarrollo de otras muchas prácticas en el hogar, permitiendo además nuevas adaptaciones en la medida que sean requeridas y acorde con las necesidades futuras, por ejemplo la digitalización posterior de la fuente después de adquirir las herramientas que le brindará una asignatura como electrónica digital. Este proceso de transferencia es el que le da al modelo su carácter dinámico, adaptativo y vital, pues existe transferencia en diversos niveles, es decir de ser a ser, desde el ser al entorno y realimentación del entorno a los seres, es necesaria la regulación y el cuidado para evitar en la medida de lo posible la instauración de conceptos y teorías que puedan devenir en errores, esto es difícil de asegurar para ello es necesaria pues la autoreflexión y los consensos en cuanto a los conocimientos, prácticas y compromisos. 3.4.7 Metas. Entiéndase por metas los propósitos esperados a través del proceso, tanto desde lo académico, como desde lo personal, lo cognitivo, lo metacognitivo, lo disciplinar, lo teórico – práctico, lo personal y lo establecido en el microcurrículo y el perfil para el profesional del área en cuestión. 3.5 EL MODELO EN EL CONTEXTO DE LA INGENIERÍA MECATRÓNICA La búsqueda del origen mismo de los fenómenos, la explicación del suceder de los acontecimientos y los procesos involucrados en ellos, su alcance y sus posibles transformaciones, han sido inquietudes humanas desde los primeros momentos de la historia. Los ojos que contemplaron por vez primera los fenómenos naturales debieron verse afectados poderosamente y en consecuencia las precarias y pueriles mentes de aquellos primeros observadores. Es posible imaginar la aparición de naturales interrogantes, desatando en los cerebros los impulsos vitales que posibilitarían la puesta en marcha de los irrefrenables engranajes que aún nos llevan, para dar explicación a nuestra aparición y al complejo universo que nos rodea. La reacción en cadena de múltiples preguntas y los procesos involucrados en responderlas; son y seguirán siendo atributos formidables para el surgimiento y perpetuidad del conocimiento, así como del suceder permanente y necesario del acto hermenéutico o de interpretación en cada uno de nosotros. El conocimiento de los hechos y la manera de hacerlos colectivos dieron origen natural al “educcere” ese formidable volcamiento de los saberes de un individuo a otro, de una colectividad a otra, basamento donde descansa el desarrollo y la transformación de las sociedades, que desde la tribu paleolítica hasta la sociedad actual permitió, permite y permitirá ver a padres y a maestros legando a sus hijos y

24

pupilos lo aprendido y comprendido, a través de metodologías y prácticas, en procura de la adquisición de destrezas para el mejoramiento de las existencias. La avidez implícita de dar respuesta a los por qué, los cómo, los dónde, los qué y los para qué, es natural no sólo al interior de nuestra mente, sino hacia lo que desde afuera lo pregunte, y es que en nuestra vida y en nuestra historia personal o colectiva influye fuertemente lo que conocemos y la manera como lo conocemos, lo interrogamos y lo transmitimos y es de esta manera que adquirimos experiencia; y experiencia y conocimiento van siguiendo múltiples caminos. Si se trata del conocimiento natural, emocional o social, podrá tener métodos similares para ser transmitidos, pero cuando se trata de un conocimiento técnico o específico de las técnicas, la manera como debe ser transferido tendrá en cuenta diferentes variables de acuerdo con el área en cuestión. Si bien existen didácticas particulares para la enseñanza de la matemática o la física, al momento de pensar en un área como la Mecatrónica (que tiene su fundamento en las ciencias básicas mencionadas) su dimensión es diferente y como tal, la didáctica para su enseñanza debe involucrar nuevas variables y métodos; por lo general estas metodologías quedan supeditadas a cada docente, el cual domina su campo de saber específico y lo transmite desde su óptica y su experiencia personal, en efecto, basta buscar información sobre la enseñanza o la didáctica de la Mecatrónica, para darnos cuenta que la información existente al respecto apenas comienza a gestarse, y es que parece natural que a los ingenieros los eduquen otros ingenieros, pues sólo en los últimos tiempos la formación pedagógica y didáctica de los mismos comienza a ser requisito para la enseñanza universitaria. Lo anterior nos invita entonces a modificar el acto pedagógico en la Ingeniería y es aquí dónde subyace la importancia de nuestro modelo. Pues recordemos que el nuestro está soportado en un plan de acción pedagógico, que busca relacionar no sólo las ideas previas de los estudiantes o preconceptos con la transferencia de conocimientos y conceptos específicos, involucrando además el desarrollo de habilidades de pensamiento de orden superior, mediante estrategias de enseñanza hacia el autoaprendizaje, para generar reflexiones permanentes en los aprendientes con respecto a sus procesos metacognitivos. Pues los preconceptos podrán ser errados o precarios y al ser confrontados con unos nuevos y de una dimensión mayor, lo más probable es que surjan conflictos cognitivos que permitirán que se pueda construir de manera significativa el aprendizaje y reflexionar simultáneamente en los esquemas habituales de pensamiento que poseemos para dinamizarlos y/o transformarlos, es decir, aprender a aprender, mediante problemas de un área específica como son los circuitos eléctricos, y por medio de una instrucción teórico-práctica, el uso de materiales, dispositivos e instrumentos de medida permitan un alcance y una dilucidación mayor de los conceptos y las teorías.

25

Es claro además que un ingeniero Mecatrónico tenga desarrolladas en alto grado sus habilidades para la toma de decisiones, para la resolución de problemas, para relacionar contextos de diferente naturaleza, obligándolo a la generación de nuevos conocimientos, pudiéndolos transmitir y relacionarlos en equipos de trabajo, que los incite al desarrollo de actitudes y percepciones positivas sobre el aprendizaje, mediante hábitos mentales nuevos y productivos logrando llevar a la práctica diversos tipos de pensamiento con satisfacción y significado. Para el logro de tan altos objetivos es necesario que el mediador como un dinamizador y un facilitador se convierta en ese puente entre el conocimiento y el aprendiente que garantice el acceso a nuevas realidades, combinadas con las que traen sus pupilos, y que puedan conjugarse en el logro de los objetivos, los cuales deberán ser claros y explícitamente acordados, dando a entender la importancia de la autorregulación y la necesidad de que los conceptos y las metas sean asimiladas por ellos. Para ello, deberá valerse de los recursos técnicos y didácticos apropiados, el reforzamiento mediante analogías en diferentes contextos, el debate y la reflexión permanente, los trabajos individuales y grupales y su importancia para una confrontación argumentada y sobre todo la garantía de que el alumno pueda explicarlos en su lenguaje, pueda relacionarlos en diferentes contextos y en esta generación y transformación va sofisticando sus mecanismos de aprehensión, con posibilidades siempre de ser transferidos. Los puntos de vista anteriores conllevan a lo que manifiestan Díaz Barriga, Castañeda y Lule: “la labor del mediador debe ser eficaz y sus estrategias de aprendizaje, deben entenderse como procedimientos (conjuntos de pasos, operaciones o habilidades) que un aprendiz emplea en forma consciente, controlada o intencional como instrumentos flexibles para aprender significativamente y solucionar problemas”6. Colateralmente a la labor del mediador, el aprendiente debe convertirse en el posibilitador y en el responsable de su propio proceso, para que pueda entonces ejecutar así su actividad constructiva. Para ello debe poseer atributos y habilidades que le permitan regular su proceso, y desarrollar en alto grado sus destrezas comunicativas, además de poseer un carácter crítico para que su posición frente a textos, problemas, personas o eventos se hagan consistentes a través de la argumentación y la investigación; es así como deberá propender en todo momento por fortalecer el manejo de lenguajes técnicos y cotidianos acordes, y que le permita mantener, mediante procesos de lectura y de escritura, interpretaciones críticas con alta calidad formal; es decir, que el leer, escribir, escuchar y hablar signifique un proceso interior de mayor alcance y complejidad, todo esto con miras a cambiar un arraigado concepto de que el ingeniero es un ser frío y calculador, en todo momento pragmático y hasta falto de emotividad y grandilocuencia.

6 Gaskins, I. y Elliot, T (1998). Cómo enseñar estrategias cognitivas en la escuela. Buenos Aires. Paidos

26

Si desde el inicio del proceso de formación en la carrera de ingeniería a los estudiantes se les invita a participar en foros, debates y grupos de investigación, a la elaboración de ensayos e informes y les son asignadas lecturas de carácter informal o técnico, es posible mejorar sus aptitudes verbales y escriturales, al tiempo que se van desarrollando en ellos métodos efectivos para la búsqueda de información, asimilación y presentación de la misma. Adicionalmente se estaría estimulando el autoaprendizaje que les pueda garantizar un mejor desempeño en asignaturas posteriores que requieran de dicha habilidad. En nuestro modelo estratégico de aprendizaje significativo, la relación pedagógica entre mediador y aprendiente se debe establecer de manera permanentemente y las acciones evaluativas o de control del aprendizaje deben enmarcarse dentro de los objetivos y las metas propuestos para la Ingeniería Mecatrónica; “Esto no debe implicar rigidez ni camisas de fuerza en los métodos, pues un mediador consciente y preparado sabrá identificar diferentes ritmos de aprendizaje de sus alumnos, deberá estar dispuesto a la modificación y adaptación de las estrategias y buscar así la resignificación del saber, pues algunas estrategias son adquiridas sólo con instrucción extensa, mientras que otras se aprenden muy fácilmente e incluso pueden surgir espontáneamente” 7 . De igual forma su selección y uso dependen en gran medida de otros factores contextuales, dentro de los cuales se distinguen, “las interpretaciones que los alumnos hacen de las intenciones o propósitos del mediador, cuando éste enseña o evalúa”8 .Toda evaluación de un proceso de aprendizaje debe comprometer mediadores y aprendientes y este compromiso implica evaluación permanente donde cada uno, los otros y todos deben ser partícipes de este proceso y debe existir total claridad en cuanto a criterios y mecanismos. Mediando entre todas estas interpretaciones, relaciones, evaluaciones, posturas, derechos y deberes subyace el necesario y permanente acto reflexivo; y es sobre esta “pieza maestra” que puede establecerse no sólo el soporte del plan de acción pedagógica, sino el enlazamiento de la metacognición y con ella sus posibles interacciones, y “debe entenderse esta pieza maestra como la actividad dinámica que realizamos para sacar inferencias o conclusiones sobre nuestras acciones de aprendizaje y puede efectuarse durante o después de que estas han terminado. Sin embargo, la importancia no radica en dichas inferencias o conclusiones, sino en lo relacionado con las situaciones de aprendizaje futuras”9. Es el acto reflexivo el que marca la diferencia con los “viejos” modelos pedagógicos, pues obliga a mediadores y aprendientes a elevarse de su universo íntimo para la observación desde afuera de sus esquemas de pensamiento, acción

7 Garner R. Y Alexander,(1989) Metacognition answered and unswered, Revista “Educational Psychologist” número 24 pag

143-158 8 Ayala C. L Santistute, V y Barriguete, C. (1993) Interpretación de la tarea y estrategias de aprendizaje. Madrid. Pag 167

9 Mc Combs, B (1993). Intervenciones educativas para potenciar la metacognición. Madrid. Pag 111

27

obligada para una verdadera metacognición. Si se logra establecer este “desdoblamiento” y se convierte en un accionar espontáneo y cotidiano, es posible lograr el gran propósito de aprender a aprender, de darle el real significado al aprendizaje, pues logrado este paso, los correctivos vendrán por añadidura, las estrategias se harán paulatinamente más eficaces, los logros de asimilación, comprensión, transformación y transferencia del conocimiento podrán alcanzarse y hacerse más tangibles y se abrirán los caminos para elevarnos a propósitos cada vez más altos. Si de manera frecuente se le recuerda y se le estimula al aprendiente sobre la importancia de la autonomía, la labor del mediador se facilitará enormemente al poderse realizar un control y una autorregulación más transparente lo cual será un parámetro que dé cuenta del alcance de, por lo menos, uno de los grandes logros esperados. Queda entonces el poner en marcha el plan de acción y aplicarlo en la asignatura de circuitos eléctricos en la Ingeniería Mecatrónica, donde los estudiantes se enfrentarán a un modelo nuevo que tenga en cuenta sus expectativas y conocimientos previos y que al tiempo que recorran la historia y los fundamentos de la Mecatrónica, se capaciten y desarrollen habilidad para establecer continuas relaciones de aprendizaje y de autoconocimiento; esto los llevará a la modificación de sus estructuras de pensamiento y sus esquemas mentales, al tiempo que fortalece la autonomía, el autoaprendizaje y el desarrollo de otras habilidades, como la toma de decisiones, la resolución de problemas, el análisis, la inferencia. Lo anterior redundará en el gusto por el conocimiento mecatrónico, la satisfacción por la carrera elegida y el mejoramiento de su capacidad de escucha, de dicción, de escritura, pero sobretodo de hacerlos seres autorreflexivos, conscientes de sus procesos mentales, capaces de valorar sus alcances y en la posibilidad de enfrentar asignaturas de índole compleja, así como de relacionar lo aprendido con otros mundos de la ciencia y de la vida. En resumen, seres aportantes para una sociedad como la nuestra tan necesitada de ingenieros no sólo diestros en el saber específico, sino dotados de sensibilidad ante los cambios y las situaciones humanas y que puedan transferir sus conocimientos de manera clara y eficaz. En cuanto al mediador, le espera la ardua labor de instaurar el modelo estratégico de aprendizaje significativo que tenga en cuenta todos los procedimientos, las estrategias, los recursos, las acciones, los mecanismos de control y evaluación, las metas de contenido y de pensamiento delimitadas clara y coherentemente y sobretodo la energía y lucidez para utilizar autónomamente lo aprendido. Además debe hacer los correctivos justos en el momento justo y tener siempre una buena motivación para que los estudiantes puedan beber de ella y, como propósito social y educativo, el poder transferir esta experiencia a otros docentes de la ingeniería Mecatrónica, para que cuando indaguen en lo respectivo a la didáctica o enseñanza de la misma, sepan que existe un plan de acción para llevar al aula

28

con miras a un aprendizaje significativo y que si bien ha sido diseñado para unas pocas sesiones, se proponen con cierto grado de especificidad, otras para dar cuenta de toda la asignatura, así pues el propósito es grande en alcances y flexible en posibilidades de mejoramiento y adaptación. Pero ¿Por qué este reiterativo llamado, este énfasis en las características del modelo, de los aprendientes, del mediador y de los procesos? La respuesta tiene que ver con todas las áreas que involucra la mecatrónica, lo que implica una gran cantidad de atributos y saberes que se deben tener en cuenta para cumplir con los retos y demandas que requiere un ingeniero mecatrónico idóneo para nuestra nación y para el mundo, veamos éstas áreas entonces: 3.6 LA MECATRÓNICA Y SUS ÁREAS Desde el origen de la Mecatrónica hasta ahora, la evolución de dicha ciencia ha integrado los avances logrados en las otras que la componen, es decir, la mecánica, la electrónica y la informática. Esta división histórica puede clasificarse en cuatro etapas o periodos a saber: Fig. 3 La mecatrónica y sus áreas

29

Primer Período: que va desde las postrimerías de los años 70’s hasta el inicio de los 80’s, cada ingeniería mencionada antes se desenvolvía y se desarrollaba independientemente, pero el término mecatrónica como tal comenzó a ser utilizado a nivel de la industria, la gran posibilidad tecnológica que se abría, daba paso a la creación de nuevos dispositivos y mecanismos que requerían cada vez más de la utilización y adaptación de otras áreas, ya se hablaba de robótica y de cibernética pero apenas nacían en la mente de muchos creadores los sorprendentes artefactos que ahora maravillan y deslumbran por su versatilidad y aplicación. Segundo Período: Comprende toda la década de los 80’s y se acuña el vocablo “Mecatrónica” en el Japón, como una nueva ciencia que si bien beberá de otras comenzará su génesis y desarrollo autónomo, ya la electrónica, la informática y la mecánica no solo están consolidadas sino que permiten mediante la interdisciplinariedad la posibilidad de adaptación sinérgica que permite el nacimiento de esta nueva ciencia. Tercer Período: Hablamos aquí de la década de los 90’s. Desde la aparición del transistor en los 50’s y su desarrollo en dispositivos cada más versátiles y pequeños como los tiristores, desde la creación misma de los primeros integrados; se podía soñar ya con la miniaturización, en conjunción con el desarrollo de los sistemas de información, de la inteligencia artificial, las redes neurales, lo microprocesadores (Z80 y 68000), los microsensores y los nuevos materiales, en pro de la aplicación a sistemas cada vez más rápidos versátiles e inteligentes, darían desarrollo a la era digital de la cual bebería la mecatrónica para consolidarse y permitir la automatización de procesos, la creación de robots con rangos de aplicación cada vez más amplios, pudiéndose afirmar que una nueva y poderosa ciencia se había ya instaurado. Período actual: Fue gracias a la combinación de diversas ciencias y dispositivos que la mecatrónica pudo incursionar, desarrollarse y estar hoy presente en todo nuestro entorno gozando de su autonomía y de la autonomía de sus dispositivos, pues robots, impresoras, lavadoras, autos, máquinas automatizadas y un etcétera gigantesco, que hoy puede decirse sin temor a engañarnos que es la mecatrónica una de las ciencias que cambian y cambiarán nuestro siglo, pues está aportando en la aplicación de materiales inteligentes, la nanotecnología, la microcirugía, los procesos industriales inteligentes y autónomos, la optimización del recurso tecnológico y humano, al punto que está marcando la diferencia entre las naciones, pues se erigirán aquellas cuyos desarrollos mecatrónicos sean los más avanzados y poderosos. Podría decirse que toda nación desarrollada o en vías de hacerlo ha implementado o está en aras de hacerlo la carrera de mecatrónica en muchas de sus universidades, pues son bastantes los jóvenes que ven colmadas sus expectativas intelectuales y laborales en una ciencia como está, dada la vastedad del horizonte que puede abrazar, pero si es tan importante esta nueva ciencia para el desarrollo de una nación ¿Qué pasa con la nuestra?

30

3.7 COLOMBIA Y LA MECATRÓNICA Fue en Bochum Alemania dónde se ofreció la carrera de Ingeniería Mecatrónica por vez primera, era el año 1993, siete años después llegaría a Colombia y fue la UMNG (Universidad Militar Nueva Granada) quien la instituiría en nuestro suelo, al punto de contar ya con aproximadamente 300 egresados que han podido brindarle a la nación junto con los egresados de otras muchas que ya cuentan con dicha ingeniería, grandes posibilidades de desarrollo, pues muchos de los dispositivos y maquinarias que era necesario importar ahora se desarrollan en nuestro país10. Dentro de las instituciones que ahora cuentan con dicho programa están: La Universidad Nacional de Colombia, la Tecnológica de Bolívar, La Universidad San Buenaventura, La Escuela de Ingenieros de Antioquia, El Instituto Tecnológico Metropolitano, entre otras tantas; y es posible pensar que dado su auge y su aplicabilidad pronto serán creación obligada de muchas otras universidades e institutos. Pero para tan alta expectativa es necesario que nuestro gobierno y la empresa privada aporte el dinero necesario para la investigación en estos campos, ya que son muchas las iniciativas y proyectos que se están gestando para dar soluciones a los problemas en salud, defensa, automatización, entretenimiento, industria, robótica etc, incluso podría pensarse a mediano plazo en el desarrollo de nanomateriales y nanotecnología en nuestra nación, pero por ahora la contribución en la automatización de procesos industriales, la optimización en producción y desarrollo, la creación de sistemas inteligentes, el modelado y la domótica son suficientes para estar en capacidad competitiva en el continente. Es necesario mencionar que son cada vez más las ferias tecnológicas, los eventos de robótica, los seminarios, congresos y muestras mecatrónicas que se realizan en el país permitiendo el intercambio, la movilidad y el desarrollo de ideas innovadoras que tienen nuestros jóvenes y nuestros investigadores. 3.8 LA MECATRÓNICA EN EL AULA 3.8.1 Atributos del mediador y de los aprendientes en mecatrónica. Si un aprendiente, ya sea por la confusión en su vocación, por la distracción de un entorno que lo hace cada vez más absorto o por la simple posibilidad académica que se abrió en su camino no posee la claridad ni la tácita intencionalidad de lo que significa ingresar al mundo universitario (y en particular al mundo de la

10

Para ampliar esta información. VER: www.metalactual.com/revista/8/tecnologia mecatronica.pdf

31

Mecatrónica), un buen mediador sí, pues estos aspectos ya no sólo están resueltos, sino que están claramente definidos y además conjugados con su vocación y sabiduría, lo cual posibilita y contribuye a generar estrategias más claras y poderosas. Pero le será obligatorio no sólo el conocimiento de la pedagogía y la didáctica de su saber, sino la adquisición de elementos del mundo psicológico y biológico que aunados le permitan comprender los procesos que vive un cerebro para establecer relaciones y asimilar conceptos, la manera de conjugarlos y sofisticarlos, es decir, acceder a lo holístico y lo sistémico y así poder activar en él y en sus alumnos los procesos de cognición y metacognición como dinamizadores de un conocimiento mediante visualizaciones cuyo referente puede cambiar de un universo interior a uno exterior, esto con el fin de derrumbar una posible argumentación débil o falaz nacida quizás de errores instaurados naturalmente y cuyos falsos basamentos se van fortaleciendo con el tiempo, pues si una persona ve, escucha y pronuncia por ejemplo que las matemáticas o la Mecatrónica son muy difíciles, es probable que para estos cerebros ellas lo serán. Sin embargo, al generar nuevas actitudes y adquirir conciencia de que los estudiantes poseen diversos conocimientos (que por lo regular se encuentran desarticulados de sus procesos mentales) se está posibilitando la generación de estrategias de articulación mediante el llamado a la introspección y a la reflexión de los procesos y a su vez incentivando el fortalecimiento y la cohesión de los mismos, generando así una dinámica que conlleve a aprender a aprender y que por medio de prácticas y tareas acordes logren encumbrarlos al mundo del hacer y del saber hacer. El docente de Mecatrónica debe enfocar su quehacer, puesto que si su deseo es que los aprendientes que ingresan para ser Ingenieros puedan construir Mecatrónica desde la Mecatrónica misma, entonces él deberá disponer de estrategias sólidas y claras así como, de herramientas que faciliten la asociación de todos los conocimientos previos que trae el alumno y que puedan relacionarlos pertinentemente con las nuevas informaciones y prácticas; siempre en un ambiente de reflexión continua, que no sólo propenda por la asimilación de contenidos, sino por la adquisición consciente de la importancia del proceso mental, la autorreflexión, y el autoaprendizaje, para luego ir en pos de resolver los interrogantes que plantea el aprendizaje de la Mecatrónica, Para ello, la toma de decisiones, la inferencia continua, la resolución de problemas teórico-prácticos, el desarrollo del pensamiento lógico matemático y hasta la habilidad comunicativa son destrezas y competencias que deberán estimularse, adecuando así el saber científico con una didáctica motivadora y generadora de aprendizajes significativos. Queda entonces claro que para aprender los conceptos eléctricos básicos desde la asignatura de “Circuitos Eléctricos” en la ingeniería Mecatrónica debe existir la inquietud y motivación por infinitud de procesos que ocurren en nuestro entorno, por los dispositivos involucrados en los procesos y sus relaciones subyacentes; pero además se deberá poseer gusto por las matemáticas y la física, por el

32

funcionamiento de mecanismos diversos y por la permanente búsqueda y actualización de la información técnica y científica. Siendo la mecatrónica una ciencia muy nueva y que involucra tantas áreas de conocimiento, presenta alta exigencia tanto a mediadores como aprendientes, pues su versátil aplicación requiere del desarrollo y del dominio de las habilidades ya mencionadas en el modelo y las secciones anteriores, todos estos requerimientos se pueden evidenciar en una experiencia de aula.

33

4. METODOLOGÍA Arribamos a esta etapa del proceso donde se establece la metodología para la búsqueda de evidencias, la recolección de información, así como el uso de un método que nos permita la recolección de los datos y evidencias para el análisis, mediante observaciones, discusiones y consensos que den cuenta de cómo el concepto tratado, en este caso el de corriente eléctrica fue asimilado y procesado en la estructura cognitiva del aprendiente, su posibilidad de ser transferido hacia un entorno; mediante la aplicación de un trabajo práctico (elaboración de una fuente regulada de voltaje) que evidenciara o no, el avance de lo aprehendido, desde la argumentación, la inferencia, la toma de decisiones y el desempeño teórico y práctico puesto a prueba con el desarrollo de una guía de laboratorio, para todo ello se tuvo en cuenta el estudio de casos, como una modalidad de la investigación cualitativa que presenta características acorde con las intencionalidades, necesidades y naturaleza de nuestro modelo y nuestro proyecto. Recordemos que en nuestro modelo MEDAS y con el diseño de una unidad de enseñanza potencialmente significativa pretendemos por parte del aprendiente la aprehensión de un concepto como la corriente eléctrica, partiendo de uno abarcador como lo es la energía y sus vínculos intrínsecos con otros conceptos fundamentales para el aprendizaje de los circuitos eléctricos como los son: la electricidad, la tensión eléctrica o voltaje, la resistencia eléctrica, la potencia etc. Esta etapa entonces, se vivirán dos momentos, el primero relacionado con los aspectos generales referidos al tipo de metodología escogida y al método para el análisis del proceso, que este caso fue, el estudio de casos. En el segundo momento se presenta lo relacionado con la experiencia de aula, la unidad de enseñanza potencialmente significativa (UEPS), las actividades para la detección de los subsumidores e las ideas previas, la intervención explicativa en procura de la asimilación de los conceptos, los materiales de apoyo para esta labor, el análisis de resultados y su tabulación. Veamos ahora en detalle estos dos momentos: 4.1 PRIMER MOMENTO: Investigación cualitativa y el estudio de casos Tanto la investigación cualitativa como la cuantitativa poseen como característica común, al referirse a eventos complejos en su medio natural, en procura de ser descritos en su totalidad, mientras que la investigación cuantitativa expresa sus objetivos como descripciones y relaciones entre variables, los investigadores cualitativos estudian la realidad, tal como acontece, intentando interpretar y dar sentido a los fenómenos de acuerdo con los significados que aportan en su contexto las personas allí implicadas, todo esto en una investigación que involucra

34

la utilización y recolección de materiales que describen lo rutinario, las situaciones y los significados vitales de las personas, al respecto Gregorio Rodríguez y otros afirman: “….esta investigación no es tarea que se asocie a un momento dado en el desarrollo del estudio. Más bien, resulta el fruto de todo el trabajo de investigación. En ocasiones el problema de investigación se define, en toda su extensión, sólo tras haber completado uno o varios ciclos de preguntas, respuestas y análisis de esas respuestas. Al investigador cualitativo le pedimos que ofrezca, no una explicación parcial a un problema –como el modo que presenta un determinado conjunto de variables condición la forma en que se nos muestra otro conjunto de variables– sino una comprensión global del mismo”.11 La investigación cualitativa posee diversas modalidades, algunas de ellas son: la investigación participativa, la investigación de campo, participación etnográfica y el estudio de casos, es esta última modalidad la escogida para llevar a cabo el proceso de análisis de la implementación de la UEPS, pero veamos en qué consiste y qué características posee este método. 4.1.1 Estudio de casos. En muchas áreas del conocimiento esta herramienta de investigación es fundamental, pues analiza temas actuales, fenómenos contemporáneos que representan algún tipo de problemática de la vida real, en la cual el investigador no tiene control, pues al usar este método él intenta responder el cómo y el por qué, utilizando múltiples fuentes y datos. Según Martínez Carazo.12 “Es una estrategia de investigación dirigida a comprender las dinámicas presentes en contextos singulares, la cual podría tratarse del estudio de un único caso o de varios casos, combinando distintos métodos para la recogida de evidencia cualitativa y/o cuantitativa con el fin de describir, verificar o generar teoría” Podemos afirmar que esta herramienta nos sirve entonces para la ampliación del conocimiento en un entorno real, vista desde diversas, variables, fuentes y posibilidades, puesto que con este método se puede determinar la manera cómo se analiza, se determina el método y se escoge el curso de acción para enfrentar el problema visto desde distintas perspectivas y poder llevar a cabo la toma de decisiones pertinentes y objetivas para abordar la problemática en cuestión. Es necesario aclarar que estos factores pueden modificarse o agregarse otros dependiendo del área del conocimiento donde subyace el problema. Por lo tanto, la relevancia del estudio de casos, se centrará en que los análisis y los resultados, más allá de condensar estadísticas que den cuenta durante las diferentes actividades, del desempeño de los aprendientes, consiste en describir si

11

Rodríguez, G., Gil, J., García, E. (1996). Metodología de la investigación cualitativa. Málaga: Ediciones Aljibe. Pag. 101 12

Martínez Carazo Piedad Cristina. “Pensamiento & gestión”, 20. Universidad del Norte, 165-193, 2006

35

el modelo MEDAS propuesto, genera o no diferencias significativas en la aprehensión de los conceptos por parte de los aprendientes, si su actitud frente al conocimiento y a sus propios procesos de aprendizaje se modifican favorablemente, si sus argumentaciones tanto orales como escriturales muestran positivos avances en cohesión, coherencia y pertinencia, en otras palabras si el aprendiente al final de este proceso puede servir él mismo como evidencia, más allá de lo plasmado en un papel, más allá de lo que arroja una estadística o incluso del resultado de la investigación cualitativa misma, entonces podríamos afirmar con beneplácito que la tarea ha valido la pena. Es de esperar además, que los cambios surgidos en el aprendiente vayan in crescendo, es decir, que las manifestaciones respecto a la corriente eléctrica y sus conceptos asociados, que al principio pudieran ser pueriles, tímidas y sutiles, se vayan transformando en otras de mayor alcance, seriedad, reflexión y transferencia, así; sin descalificar lo cuantitativo pues se tendrá en cuenta también como parámetro a ser analizado y evaluado, la evaluación se sustentará en gran medida en los análisis de situaciones más generales y de mayor complejidad, tales como: La capacidad para elaborar ensayos donde se visualice la riqueza lingüística ganada por los aprendientes, la resolución acertada de circuitos, las mediciones prácticas y la realización de montajes y puestas a punto, es decir, la manera como el estudiante asume la actividad experimental, así como la evidencia en la adquisición de conceptos, buscando relacionar la nueva información en forma sustancial y no arbitraria, con los conocimientos previos que se esperan ya hayan sido asimilados en su estructura cognitiva; y la capacidad para relacionar diferentes conceptos en un mismo contexto, o identificar un sólo concepto en contextos diferentes. 4.2 SEGUNDO MOMENTO 4.2.1 Diagnóstico, Intervención y Evaluación de resultados. En esta sección se da de manera general la estructura de análisis para el estudio de casos, centrada en tres etapas: En la primera etapa se dan los lineamientos generales, es decir el contexto donde se llevará a cabo la intervención, es decir, la institución, la carrera, la asignatura y el grupo de trabajo, para pasar luego al proceso de diagnóstico de los saberes previos, mediante la realización de pruebas de índole diversa (cuestionarios, acertijo, test para la detección de modelos, lectura propuesta y ensayo), el modelo pone especial énfasis en esta etapa, pues es la que nos permite orientar el proceso subsiguiente, ya que mientras más información obtengamos y detectemos mejor los esquemas de pensamiento y los conceptos errados o no, que se tengan de las temáticas a tratar, se contará con mayor cantidad de elementos para que la intervención sea más poderosa y por ende mejor y más objetivo sean los

36

resultados, se plantearán por sesión las actividades, los momentos y las pruebas respectivas que estarán adjuntas en los anexos. La segunda etapa será la de la intervención en el aula, pues ya detectadas las falencias y los preconceptos se prosigue de manera lógica en procura de que los aprendientes refuercen sus ideas previas, desechen errores instaurados, proyecten en otros contextos y afiancen su capacidad de inferencia, su adquisición de nueva información, adquieran destreza en la resolución, análisis y montaje de circuitos eléctricos. Para ello se propone el plan de acción pedagógico propuesto por el modelo, mediante la UEPS o unidad de aprendizaje potencialmente significativo, atendiendo de manera general a lo propuesto por Moreira13, aquí se dan los referentes disciplinares mediante un recorrido histórico del concepto a tratar en este caso la corriente eléctrica y sus conceptos asociados, se presenta el fundamento teórico para los modelos circuitales, se promueven las lecturas específicas, consulta de la wiki diseñada especialmente para la asignatura, la presentación de la información pertinente, una guía de laboratorio y ejercicios para el trabajo independiente. La tercera etapa será la de la evaluación de resultados, en esta fase se evaluará el antes y el después y sabremos cuánto han avanzado o no los estudiantes, se condensarán aquí los logros mediante la organización de los datos obtenidos teniendo en cuenta las respuestas de los aprendientes a las distintas actividades, las mismas que nos darán la posibilidad de categorizar las respuestas para un mejor análisis de los resultados, lo que nos permitirá arribar a la presentación de los resultados, las recomendaciones y conclusiones de todo el proceso. Veamos pues como se llevó a cabo el trabajo en estas tres etapas. 4.3 ETAPA 1: CONTEXTO GENERAL Y DIAGNÓSTICO DE SABERES PREVIOS INSTITUCIÓN: INSTITUTO TECNOLÓGICO METROPOLITANO (ITM) SEDE: ROBLEDO INGENIERÍA: MECATRÓNICA ASIGNATURA: Circuitos Eléctricos GRUPO DE TRABAJO: Segundo Semestre de Ingeniería Mecatrónica CONTEXTO: El grupo para el cual está diseñada esta propuesta está compuesto por 35 estudiantes (3 mujeres y 32 hombres) o aprendientes con el cual se desarrollará la propuesta del modelo y se aplicarán las estrategias y rúbricas, este

13 VER: MOREIRA, Marco A. Unidades de enseñanza potencialmente significativas - UEPS. <Disponible en:

http://www.if.ufrgs.br/~moreira/UEPSesp.pdf

37

grupo está conformado por jóvenes en edades comprendidas entre los 16 y los 23 años, pertenecientes a estratos uno, dos y tres; provenientes no sólo del área metropolitana, sino de diversos municipios del departamento de Antioquia y de otros departamentos, principalmente de Sucre, Córdoba, Bolívar y Chocó, que ingresan al instituto tecnológico Metropolitano y cuyas expectativas son muy altas con respecto a la Ingeniería Mecatrónica, aunque su dimensión y el alcance que poseen de la misma, se queda corto en mirajes y posibilidades. Para ello se pretende con este proyecto y a través de esta asignatura que consta de 4 horas semanales 2 horas teóricas y 2 horas prácticas, en primer lugar, lograr que los aprendientes adquieran gusto por el conocimiento y en especial por la Mecatrónica, fortaleciendo sus conocimientos previos, y poder dimensionar su estudio, particularmente con el concepto de corriente eléctrica y otros conceptos asociados a ella como el voltaje, resistencia eléctrica entre otros, al desarrollarse en ellos habilidades práctico-experimentales necesarias para su desarrollo ulterior, en medio de ambientes que propicien la autoreflexión, el trabajo grupal relevantes para un buen desempeño en su vida y en su carrera. Se pretende además mediante la dinámica de este modelo disminuir la deserción y la alta pérdida de la asignatura, pues los datos que se muestran a continuación tomados del SIA institucional, en los últimos 5 semestres de todas las jornadas en la asignatura en cuestión, fueron los que nos alertaron para llevar a cabo este proyecto.

Resultados de pérdida, cancelación y deserción tomados del SIA institucional

ASIGNATURA: Circuitos Eléctricos para Ingeniería Mecatrónica

(Todas las jornadas) Sede Robledo

Tabla 1. Registro de pérdida y deserción circuitos de 2011 a 2013

Semestre 2011-1 2011-2 2012-1 2012-2 2013-1

Matriculados 795 (100%)

687 (100%)

481 (100%)

431 (100%)

483 (100%)

Cancelaron 275 (34.59%)

162 (23.58%)

110 (22.87%)

100 (23.2%)

89 (18.43%)

Perdieron 246 (30.94%)

132 (19.22%)

93 (19.33%)

71 (16.47%)

95 (19.67%)

Ganaron 274 (34.47%)

393 (57.21%)

278 (57.8%)

260 (60.32%)

299 (61.9%)

Vemos entonces que aproximadamente el 20% de los estudiantes matriculados pierden la asignatura, mientras que un 30% aproximadamente la cancelan, Es necesario aclarar que cuando los estudiantes cancelan deben colocar los motivos

38

para tal acción, el 90% de los que cancelaron adujeron no entender las temáticas relacionadas con los conceptos físicos impartidos al comienzo del curso, es decir los relacionados con la ley de Ohm, que asocia la corriente eléctrica, el voltaje y la resistencia. Todos estos factores, nos permiten entonces proponer la unidad de enseñanza en aras de enfrentar el problema. Pero inicialmente debemos detectar qué saben y qué no, los aprendientes antes de iniciar la asignatura, mediante algunas pruebas para la detección de los subsunsores o subsumidores, ideas previas o saberes previos. Veamos: 4.3.1 Actividades de diagnóstico de saberes previos. Se realizarán dos actividades (la primera en cuatro momentos y la segunda en cinco momentos) para la detección de saberes previos, recordemos que esta etapa es crucial para que la intervención sea más efectiva, de ahí la cantidad de momentos y actividades de esta primera fase. Recordemos que para cada sesión de clase o de laboratorio se cuenta con dos horas. 4.3.2 Actividades. ACTIVIDAD 1: PRUEBA DE CONOCIMIENTOS GENERALES EN LAS ÁREAS: MATEMÁTICA Y FÍSICA (PRIMERA SESIÓN DE CLASE) Test de saberes previos para aplicar en la primera sesión de clase, que consta de cuatro momentos: uno individual, otro grupal (4 integrantes por grupo), otro de consenso con el gran grupo (35 aprendientes) y un momento final donde se les expone un organizador previo que contempla los conceptos de energía, su relación con el calor, el trabajo, sus características y tipos, esto con el fin de partir de un sistema abarcador como lo es la energía, para ir de lo general a lo particular, esperando asociar en la sesión de clase siguiente, este concepto con el de corriente eléctrica, voltaje y resistencia eléctrica. Tiempo total de duración: 2 horas Objetivo general de la primera sesión Diagnosticar de manera general qué conocimientos poseen de las áreas matemática y física, así como de la energía y la electricidad, los aprendientes que llegan a la asignatura de circuitos eléctricos en Ingeniería Mecatrónica. No se puede recurrir mientras se responden los test a consultas externas, ni ayudas audiovisuales de ningún tipo.

39

Momento 1: TEST INDIVIDUAL (tiempo 20 minutos) Durante este tiempo el estudiante simplemente marcará con una X sobre las áreas escogidas pertenecientes a la matemática, la física y al frente colocará un ejemplo bien sea matemático (ecuaciones) o conceptual de dicha área. (Ver: ANEXO A, parte A), el mediador tendrá en cuenta, el área marcada, el ejemplo y la pertinencia del mismo, además claro está aquellas áreas que quedaron sin subrayar. Momento 2: TEST GRUPAL (4 integrantes) (tiempo 40 minutos) En esta segunda prueba se les pide a los integrantes del grupo que respondan de manera consensuada las preguntas que allí se esbozan, y luego condensen en pocas palabras lo acordado por todos (Ver: ANEXO A, parte B), el mediador o maestro tendrá especial cuidado en observar la coherencia, y la pertinencia en la aproximación a los conceptos, así como la ortografía y los ejemplos dados. Momento 3: FORO DE SOCIALIZACIÓN (gran grupo, tiempo 40 minutos). Aquí, después de escuchar las diversas explicaciones a las preguntas relacionadas con la energía y la electricidad dadas por los estudiantes, sin mucha intervención del mediador, pues este observará las ideas que se impongan (30 minutos), para luego presentar un mapa conceptual propuesto acerca de la energía y que fue propuesto por Moreira (Ver ANEXO 1, parte C) donde se les relaciona de manera general, es decir, no se ahonda en las relaciones pero se les invita a observar de manera sistémica los conceptos de: fuerza, flujo, potencial, energía, campo e inducción, así como las leyes físicas asociadas a ellos (10 minutos). Esto con el fin de cerrar la sesión con la última actividad de la clase, que es la presentación de un organizador previo. Momento 4: EL ORGANIZADOR PREVIO (gran grupo, tiempo 20 minutos). Este momento final se dispone para la presentación por parte del mediador de un organizador previo cuyo objetivo es presentar el concepto de energía partiendo de dos sistemas cualquiera entre los que se de interacción y transferencia a través de un medio, se hablará de la energía interna y de la energía propia de los sistemas para ir secuencialmente mostrando, los tipos de energía y culminar con la primera ley de la termodinámica, es decir, la conservación de la energía, involucrando el trabajo, el calor y la radiación, para luego mediante un proceso de reconciliación de conceptos emprender un viaje en sentido contrario, es decir, si al principio se partió de concepto abarcador yendo de lo general a lo particular, ahora se irá de lo particular a lo general. (Ver ANEXO A, parte D)

40

ACTIVIDAD 2: PRUEBAS DE SABERES PREVIOS ACERCA DE LA CORRIENTE ELÉCTRICA, LA ELECTRICIDAD, EL VOLTAJE Y LA RESISTENCIA ELÉCTRICA (SEGUNDA SESIÓN DE CLASE) Esta segunda actividad constará de 5 momentos y está preparada para una sesión de clase, en el primer momento y prosiguiendo de manera secuencial con lo impartido en la primera sesión, se continuará con el diagnóstico de saberes previos pero ya con respecto a los principios eléctricos, el segundo momento será un acertijo relacionado con la corriente, mientras que el tercer momento será una prueba para la detección del modelo circuital con el que se identifiquen los aprendientes y cuya fundamentación teórica se expondrá más adelante en la UEPS, aquí solo se diagnosticará el modelo. En el cuarto y último momento presencial se les invitará a que por parejas emprendan la lectura de un artículo basado en el electricidad, para proponer como trabajo independiente la elaboración de un ensayo de una página basado en la electricidad y al corriente eléctrica, para ello se les propone que lean “El ensayo, 10 pistas para su composición. de Fernando Vásquez Rodríguez. Tiempo total de duración: 2 horas Objetivo general de la segunda sesión Continuar con el diagnóstico de los saberes previos, en este caso con los relativos a los principios eléctricos, y los modelos circuitales. Momento 1: TEST GRUPAL SOBRE LOS PRINCIPIOS ELÉCTRICOS (4 integrantes, tiempo 30 minutos). Test acerca de la electricidad, la corriente eléctrica, el voltaje, y la resistencia eléctrica (Ver ANEXO B, parte A), aquí los estudiantes deberán consensuar para responder a los interrogantes planteados, mientras el mediador pondrá especial cuidado en la aproximación conceptual de los aprendientes, la relación que establezcan con lo visto en la sesión anterior, la ortografía y la coherencia escritural. Momento 2: ACERTIJO DE LÓGICA RELACIONADO CON LA CORRIENTE ELÉCTRICA (gran grupo, tiempo destinado al planteamiento y análisis: 30 minutos). En este momento se planteará un acertijo (Ver ANEXO B, parte B), es necesario aquí enfatizar que este tipo de estrategias además dar amenidad a la clase, es una estrategia que el mediador puede utilizar para descubrir esquemas de pensamiento y los tipos de argumentos lógicos que esgrimen los estudiantes, pero antes es necesario proponer para el abordaje de esta actividad una estrategia que facilite el hallazgo de soluciones a problemas de índole compleja, por medio de

41

una herramienta heurística como la propone el cubano Miguel Llivina14 , veamos en qué consiste esta herramienta. ESTRATEGIA PARA LA RESOLUCIÓN DE PROBLEMAS Se invita al alumno desde las primeras sesiones de clase a utilizar de manera secuencial los pasos mencionados; que si bien para la resolución de algunos problemas su secuencialidad no es obligatoria, es necesario tenerlos inicialmente en cuenta, pues contribuyen al desarrollo de habilidades cognitivas y metacognitivas que aportan sustancialmente a sofisticar la capacidad para la resolución de problemas, el autoconcepto y la una buena manera de aprender a aprender. Pasos: 1. Comprensión del problema

Leer varias veces el problema y extraer su esencia (resumirlo)

Separar lo dado de lo buscado, los datos, la hipótesis y la tesis.

Determinar si sobran o faltan datos, cuáles son los datos relevantes, dónde se pueden hallar los que faltan.

Confeccionar un esquema, un gráfico o una figura de análisis.

Reformular el problema, expresarlo con otras palabras o con símbolos matemáticos.

Separar la solución en partes y examinar casos límite o especiales.

Buscar las palabras clave y el significado de los términos desconocidos.

Cambiar palabras por sinónimos.

Realizar tanteos.

Organizar los datos en tablas.

2. Análisis del problema.

Examinar problemas similares anteriormente, sustituir unas condiciones por otras equivalentes, recombinar los elementos del problema.

Descomponer el problema en subproblemas e intentar resolver estos últimos.

Trabajar hacia atrás, tratar de llegar, partiendo de la situación final inicial.

Trabajar hacia adelante, partir de las condiciones iniciales y llegar a las finales.

Buscar un contraejemplo para refutar el enunciado.

Buscar un modelo matemático.

14

Livina Lavigne Miguel (2000) La capacidad para resolver problemas vista con un enfoque personológico. Cuba. Ed. Victor

Barros Argote Pag. 72: Para ahondar en esta temática se recomienda el siguiente link: http://karin.fq.uh.cu/~vladimar/cursos/%23Did%E1cticarrrr/Tesis%20Defendidas/Did%E1ctica/Miguel%20Jorge%20Llivina%20Lavigne/Miguel%20Jorge%20Llivina%20Lavigne.pdf

42

Resolver una parte y tratar de relacionar esta solución con el resto del problema.

3. Solución del problema

4. Evaluación de la Solución

¿Se utilizaron todos los datos?

¿Los que se utilizaron fueron necesarios?

¿Es el resultado razonable?

¿Es posible encontrar otra vía y cuál es la mejor?

Realizar operaciones inversas para comprobar

Estudiar el proceso de solución.

¿En qué otros procedimientos pudiera servirme el procedimiento empleado?

¿En qué me equivoqué?

¿Cómo solucioné las dificultades que se me presentaron? Si hacemos natural este método para enfrentar problemas múltiples, nuestro cerebro irá sofisticando sus caminos, irá haciéndose cada vez más diestro en aportar soluciones. Momento 3: PRUEBA PARA LA DETECCIÓN DE MODELOS CIRCUITALES (Prueba individual, tiempo 10 minutos) Se le presentan al aprendiente de manera individual 4 modelos circuitales para que escojan cuál se acomoda a sus concepciones acerca del funcionamiento de un circuito eléctrico sencillo consistente de una batería, una bombilla y los cables conectores (Ver ANEXO B, parte C), pues ya Osborne (1981), Shipstone (1984), Tiberghien (1983)15 habían estudiado los diversos modelos que poseen los estudiantes con respecto a la electricidad, los circuitos, la corriente eléctrica y los conductores; que desde la primaria y la secundaria poseen los estudiantes en relación con los preconceptos en circuitos; el soporte teórico acerca de estos modelos será presentado en la UEPS, como antesala a la elaboración de una guía práctica que permita poner en movilización y aplicación el modelo acertado.

15 OSBORNE, R. et al. Learning in Science Project. Working papers no 25, 207, 209. (University of Waikato. Hamilton. N

.Z.). SHIPSTONE, D., 1984, A study of children's understanding of electricity in simple D.C. circuits. European Journal of Science Education. Vol. 6, (2), pp. 185-198 TIBERGHIEN, A., 1983, Revue critique sur les recherché visant a elucider le sens des notions de circuits électriques pour les eleves de 8 a 20 ans. Atelier International d'eté: Recherche en Didactique de la Physique. La Londe les Maures. France.

43

Momento 4: LECTURA ACERCA DE LA ELECTRICIDAD Y EL CUERPO HUMANO Y ELABORACIÓN DE UN ENSAYO (grupos de 2 integrantes, tiempo 50 minutos) Se le invita a cada pareja de aprendientes a leer de manera cuidadosa una lectura acerca de la electricidad en el ser humano (Ver ANEXO B, parte D), extraer ideas principales, escribir los nombres de los personajes que se nombran allí, y traer para la sesión siguiente un ensayo de una página acerca de la electricidad y la corriente eléctrica, siguiendo las pautas propuestas en “El ensayo: 10 pistas para su composición” de Fernando Vásquez Rodríguez (Ver ANEXO B, parte E), esto con el fin de comparar con un ensayo final para contrastar no solo la depuración de los conceptos, sino su avance en la calidad escritural, coherencia y cohesión de ideas. Terminada esta primera etapa de diagnóstico de saberes previos y recolección de información se prosigue con la segunda etapa orientada a la formulación de UEPS, para que los estudiantes fortalezcan lo aprendido, poder aplicar y afianzar los conceptos 4.4 SEGUNDA ETAPA EXPERIENCIA DE AULA: IDENTIFICACIÓN DEL PLAN DE ACCIÓN PEDAGÓGICA, DISEÑO DE LA UEPS EN CIRCUITOS ELÉCTRICOS BASADO EN LAS IDEAS PREVIAS DE LOS ESTUDIANTES

4.4.1 Objetivos de la unidad

Propiciar en al aprendiente la comprensión de manera significativa de los conceptos de corriente eléctrica, energía, circuito y sus leyes asociadas.

Incrementar la reflexión al respecto de los procesos de aprendizaje y los esquemas de pensamiento.

Permitir que el estudiante mediante el planteamiento de un problema práctico desarrolle sus habilidades y afiance los conceptos. Aprender haciendo.

Mostrar un recorrido histórico del concepto de corriente eléctrica, que posibilite al aprendiente, el comparar y relacionar los obstáculos epistemológicos surgidos en el devenir del concepto con los obstáculos cognitivos presentados para el entendimiento del mismo.

44

4.4.2 Contextualización. Dentro de las conclusiones que arrojan numerosas investigaciones que se han llevado a cabo en las últimos años, con respecto a de qué manera adquieren los estudiantes el conocimiento, se pone de manifiesto que antes de iniciar un aprendizaje formal de la ciencia los estudiantes poseen unas ideas sobre las leyes que rigen su entorno, pero estas ideas no coinciden o no se corresponden con el punto de vista científico. Pero si se proponen plantear estrategias para llevar a cabo una enseñanza diferente, es necesario conocer primero cuáles son esas ideas previas, pues de acuerdo a los nuevos esquemas y teorías propuestos (Ausubel 1976) esta enseñanza debe partir de estos preconceptos para modificarlos y/o reconstruirlos hacia nuevos esquemas mentales y lograr un aprendizaje significativo, son muchos los estudios al respecto en cuanto al diseño de estrategias en esta misma dirección y que buscan que a partir del diagnóstico de estas ideas previas del estudiante sea posible desarrollar nuevas estrategias y modelos para lograr no solo sofisticar sus procesos metacognitivos, es decir, la observación de sus propios esquemas mentales y la manera como se aprehende el mundo, sino, que se adquieran otros nuevos para lograr en un proceso siempre dinámico y de autoreflexión alcanzar un aprendizaje significativo (Driver 1985, Nussbaum y Novick 1982, Osborne et al. 1985)16. Se plantea entonces aplicar el modelo propuesto en esta unidad UEPS basada en el concepto de corriente eléctrica, partiendo del principio de conservación de la energía y centrar la unidad en los siguientes lineamientos.

Fase inicial diagnóstico de los preconceptos que poseen los alumnos acerca de los circuitos eléctricos, la electricidad y la corriente eléctrica, conceptos intrínsecamente relacionados y los modelos para identificar los fenómenos que se involucran en dichos circuitos. (etapa 1)

Realizar un recorrido histórico acerca de la corriente eléctrica, para observar de manera secuencial cómo evolucionó el concepto.

Diseño de experimentos para la apropiación y movilidad de dichas teorías y conceptos.

Evaluación de dicho aprendizaje.

4.4.3 Teoría preliminar. Al ingresar a la universidad los estudiantes traen ya incursionadas muchas ideas y teoría acerca del mundo, ya sea por experiencia propia o por su viaje académico en la escuela primaria y secundaria, dentro de las múltiples ideas o preconceptos, lo más probable es que existan ideas erróneas

16

NUSSBAUM, J., NOVICK, S., 1982, Alternative framework, conceptual conflict and acommodation: towards aprincipled

teaching strategy. Instructional Science. Vol. 11, pp. 183-200. DRIVER, R., 1985, Children's ideas in Science. (Open University Press: Milton Keynes, England). OSBORNE, R., FREYBERG, P, 1985, Learning in Science. (Hainemann England).

45

que se van robusteciendo y es menester transformarlas en conceptos científicos (Gil y Carrasquilla 1982), otros autores más que considerarlos errores, los adecúan bajo otros puntos de vista como: Esquemas conceptuales alternativos (Driver et al. 1983), o Conceptos de Física y Química cotidianos (Anderson 1986). Pero es general que coincidan en que estos preconceptos poseen en cierta medida una coherencia interna y si bien los estudiantes los usan de un modo aparentemente contradictorio, y las han arraigado profundamente en su esquema mental, es posible detectar estos esquemas y modificarlos o incursionar otros nuevos posibilitando un dinamismo hacia el alcance de una aprendizaje con significado. Recordemos que ya varios autores mencionados antes había propuesto los modelos para los circuitos eléctricos básicos, se partirá desde estos modelos para el diseño de la guía experimental. Pero veamos en qué consisten dichos modelos: 4.4.4 Modelos que poseen los aprendientes acerca de los preconceptos de electricidad y los circuitos eléctricos

I) Idea de fuente-consumidor: Muchos estudiantes piensan en la electricidad como en un fluido que se almacena en la batería y se gasta en el funcionamiento de distintos aparatos. Por ello se utilizan indistintamente los términos «electricidad», “corriente” ”energía eléctrica”, “voltaje” o “potencia”.

II) Modelos de corriente en circuitos simples: Al tratar de explicar cómo llega de la fuente al consumidor «lo que se gasta” los alumnos emplean diferentes modelos que, representados de forma esquemática, son los siguientes: Modelo unipolar: Este modelo presenta distintas variantes: el cable de

retorno puede ser omitido o bien considerarse necesario, pero como elemento pasivo.

Figura 4. Modelo Unipolar

46

Modelo Concurrente: La corriente sale por los dos terminales de la batería y se consume en la bombilla.

Figura 5. Modelo concurrente

Modelo de atenuación: La corriente circula en una dirección alrededor del circuito debilitándose gradualmente. Los últimos componentes recibirán menos y la primera lámpara luminará más que la segunda aunque ambas sean iguales.

Figura 6. Modelo de atenuación

Modelo de reparto En este modelo, que es también no conservativo, la

corriente se reparte entre los elementos del circuito. Las dos lámparas

iguales iluminarán lo mismo.

47

Figura 7. Modelo de reparto

III) Razonamiento secuencial: En los circuitos más complejos, que incluyen

varios elementos se hacen más sutiles y responden a un análisis local del circuito (Closset, J. 1983). Por ejemplo, consideran que si se modifica un elemento no cambia la corriente que entra en él, sino que afecta solamente a la corriente que sale de él. En este modelo la corriente no se conserva. Este tipo de razonamiento aparece en la enseñanza secundaria por lo que algunos autores consideran que es debido a la secuencia en que se introducen los conceptos en este nivel, es posible que dependiendo del tipo de instrucción y la claridad o no que posea el docente mediador al respecto pueda también instaurar errores conceptuales.

IV) Potencial: En este punto es muy frecuente entre los alumnos la confusión

entre corriente y voltaje (Rhoneck, 1983)17 y también la consideración de este último como una «consecuencia» de que la corriente circule y no como su «causa» (Cohen et al. 1982)18. A partir de la detección de las ideas previas de nuestros alumnos se procede a elaborar un material de trabajo siguiendo las pautas marcadas desde una perspectiva constructivista del aprendizaje (Driver 1986; Gil 1986)19.

4.4.5 Referente disciplinar. Veremos aquí lo referente a la ley de conservación de la energía para luego realizar un recorrido histórico por la corriente eléctrica, veamos.

17

RHONECK, C., 1983, Semantics Structures describing the electric circuit before and after instruction. International

Summer Work-shop: Research on Physics Education. La Londe les Maures. Francia. 18

COHEN, R., EYLON, B., GANIEL, U., 1983, Potencial difference and current in simple electric circuits: a study of

student's concepts. American Journal of Physics, 51 (5), pp. 407-412. 19

GIL, D., Bases teóricas de un modelo de enseñanza/aprendizaje de las Ciencias. Simposio sobre Psicología del

aprendizaje y desarrollo curricular. Oviedo. pp. 127- 134.

48

4.4.5.1 Ley de conservación de la Energía. Es muy común en mucho libros de texto para la enseñanza de los circuitos se parta de las definiciones y las leyes de la termodinámica, se esbocen ejemplos y prosigan con los desarrollos y problemas asociados, sin preocuparse primero por la asimilación de los conceptos asociados a dichas leyes, dónde los estudiantes proceden a aprender de manera memorística en la mayoría de los casos los conceptos y aun las leyes, como por ejemplo, la primera ley o principio de conservación (bien sea de la energía, de la carga del momento etc) que dice: “La energía no se crea ni se destruye, sino que se conserva, transformándose y fluyendo de un sistema a otro” , así suena acartonado y poco atractivo, pero para “materializar”, para llevar al contexto cotidiano que permita un acercamiento más natural a la ley, son necesarios ejemplos desde la cotidianidad, además de poseer ciertos preconceptos adquiridos en la educación previa que ya hemos visto que en muchas ocasiones desvincula los sistemas científico y educativo impidiendo los acercamientos intuitivos, pero veamos cómo podemos expresar está ley sin recurrir a ecuaciones complicadas ni vínculos con otras leyes, si partimos por ejemplo asumiendo que en un sistema: Energía = trabajo + calor + desechos Aquí se dan ejemplos de la cotidianidad en distintos contextos para la asociación de ideas, por ejemplo: Para que un automóvil (sistema) funcione hay que proveerle combustible (energía) con el cual se podrá poner en movimiento, es decir que se desplace (trabajo), lo que hará que el motor se caliente (calor) y arroje humo por el mofle o escape, es decir, monóxido de carbono a la atmósfera (desechos). Si sumamos el calor, el trabajo y el residuo, obtenemos lo que sería igual a la energía del combustible que le pusimos al automóvil. Fue gracias a los experimentos de Thompson, Joule y Mayer en el siglo XIX que se llegó a esta primera ley, pero ello no se logró ni por vías filosóficas, ni siquiera matemáticas, sino que se recurrió a la experimentación a la prueba y error, pudiendo así asociar el “sistema” al universo, o al cuerpo humano, a un motor, pero también a toda una nación etc. Demos por ejemplo el caso del cuerpo humano y tomado como un sistema, el cual necesita ingerir alimentos que se transformarán en energía, para así poder funcionar es decir realizar un trabajo, lo cual requiere sudor o gasto energético, en este caso producir calor y generar finalmente desechos, si el consumo de alimentos es alto y no se gasta, el cuerpo la almacena en forma de grasa y si no la gastamos se genera obesidad y hasta enfermedades, pues la energía no se va a destruir ni a crear más, solo se transformará. Así, esta primera Ley es genérica, es decir, se aplica en todo sistema, sea éste químico, biológico, ecológico, físico, social, hasta económico, político o de seguridad. Pues si no se enseñan bien los principios científicos, se le hace un daño general al individuo y por ende a la sociedad. Vemos por ejemplo que si nos enseñan que un electrón es como un pelotica y así lo esquematizan y simulan, será mucho más difícil para el cerebro concebirlo luego como un estado de la

49

materia, es decir, una simple metáfora puede instaurar un error, difícil de emancipar de nuestra mente, si bien nuestro cerebro trabaja por comparaciones, y esto hace lo metafórico necesario, es menester tener en cuenta que se deben realizar no solo ejemplos desde otros campos del saber y la cotidianidad, sino evitar que una solo idea quede prefijada. Así mismo la “energía” no sólo es eléctrica o cinética o calorífica, también es mano de obra calificada, recursos humanos, buenos profesores, inversión, capital, crédito, etc. Depende de qué sistema hablemos. 4.4.5.2 Historia de la electricidad y la corriente eléctrica.

“¿Sabes acaso que es la electricidad? Profe yo lo sabía pero se me olvidó,

¿Tú que eras el único que lo sabía, y se te olvidó? Chiste popular.

Por más lejos que se encuentre un hombre en este planeta alguna forma particular de electricidad le acompaña y en esta era plagada de artefactos resulta muy difícil imaginarnos carentes de la energía eléctrica, pues es tal la su importancia en todos los asuntos humanos que la dependencia es absoluta, suena exagerado pero cuando analizamos de manera más profunda y completa el fenómeno, comprendemos que desde nuestros átomos hasta la remota galaxia la energía de las cargas eléctricas está presente. Si bien la electricidad desde hace muchos siglos fue conocida, las máquinas y los dispositivos eléctricos son de una época reciente, muchos de ellos han aparecido hace menos de un siglo, por ejemplo, la iluminación en las calles de las grandes ciudades es un fenómeno que no tiene más de doscientos años. La necesidad surgida de generar un flujo eléctrico que fuera permanente, propició el desarrollo y la transformación de la electricidad, pues ya desde esas primeras concepciones de la carga eléctrica que intuyó Tales de Mileto por el año 600ac, pasando por el siglo XVII donde vieron la luz importantes personajes y experimentos y se dieron significativos avances en lo referente al magnetismo, las fuerzas eléctricas como fluido, la conducción y los conductores eléctricos, hasta llegar a nuestro anterior siglo dónde se contó con el alumbrado artificial se modificaron la distribución horaria de las actividades individuales y sociales, de los procesos industriales, del transporte y de las telecomunicaciones y en la primera mitad del mismo se desarrollaron gracias a la mecánica cuántica las bases para la comprensión del comportamiento de los electrones en diversos materiales. Todos estos conocimientos aunados con las nuevas tecnologías diseñadas para las transmisiones de radio y televisión, permitieron el desarrollo de la electrónica, que llegaría a su auge con la invención del transistor, el cual remplazaría los robustos dispositivos llamados tubos de vacío o triodos, pues fue gracias al buen

50

conocimiento de las propiedades eléctricas de los materiales semiconductores, que se abrió la posibilidad de perfeccionar, miniaturizar, aumentar la velocidad de transmisión y disminuir el costo de dispositivos y computadores durante la segunda mitad del siglo XX. Todo ello vital para conformar la actual sociedad de la información. Pero veamos un poco de historia acerca del fenómeno eléctrico y la corriente eléctrica, sus desarrollos y alcances. 4.4.5.3 Ahondemos un poco en la historia. Como decíamos al principio, cuerpo, clima, electrodomésticos y diversos dispositivos poseen electricidad, está tan imbricada en nuestro cerebro y en nuestra razón que pocas veces pensamos en ella, pero ella es una forma de energía, tan interesante como importante. En sí, es una forma ubicua de energía que resulta del movimiento, tanto de partículas cargadas como de electrones. Ella proviene del griego elektron, que significa ámbar y fue Tales el de la ciudad griega de Mileto por allá en el año 600.AC, unos de los primeros en estudiar este fenómeno, realizó algunos experimentos de electrostática frotando ámbar contra plumas y otros objetos similares, elaborando algunos de los primeros conceptos acerca de las formas de electricidad, las cargas eléctricas y la electroestática. A partir de estos primeros experimentos, se continuaron otros y se formularon nuevas hipótesis, pero no fue sino hasta el siglo XVII. Diversos experimentos e hipótesis se fueron desarrollando a lo largo de la historia, sin embargo, no fue hasta el siglo XVII que nuevos conocimientos significativos vieron la luz. Para entonces el médico y científico William Gilbert, trajo nuevos avances en torno al magnetismo, el electromagnetismo y la corriente estática, además del importante hecho de determinar que las fuerzas eléctricas se movían como un fluido. Este concepto sirvió de mucho en los años posteriores y en el año 1729, permitió a Stephen Gray dar cuenta de que ese fluido podía transmitirse desde algunos materiales a otros, llamándolos conductores a los que lo hacían y no conductores a los que no. Con los experimentos e inventos de los científicos holandeses Ewald von Kleist y Pieter van Musschenbroek, como la famosa botella de Leyden, se logró comprender cada vez más el funcionamiento y el comportamiento de esta energía. En 1752 Benjamín Franklin realizó su conocido experimento de la cometa, dando cuenta que la electricidad también estaba presente en fenómenos climáticos como los rayos, e introduce la idea de que existían flujos eléctricos negativos y positivos. A fines del 1700, el francés Charles Augustin de Coulomb logra determinar algunas de las variables que afectan a una fuerza eléctrica y en el próximo siglo, el descubrimiento de la existencia de los electrones, en 1897, da lugar a la era de la electricidad moderna. Todos estos aportes, a lo largo de la historia, han permitido describir la electricidad como todo el amplio conjunto de efectos físicos relacionados con la fuerza, la

51

presencia, el movimiento y el flujo cargas eléctricas o las partículas cargadas electrónicamente, a través de la materia y el espacio. En ella entran todos los fenómenos relacionados, como los rayos, la corriente eléctrica, la inducción electromagnética o la electroestática. 4.4.5.4 Desde el siglo XVII hasta hoy. No fue sino hasta bien entrado el siglo XVII dónde se iban a realizar experimentos y descubrimientos que abrirían el horizonte de lo que hoy conocemos como electromagnetismo, y conceptos como corriente eléctrica, voltaje, resistencia etc. Para esta época se admitía la existencia de fluidos como el calórico, pero se desconocía la corriente eléctrica, si bien en murales egipcios se pueden observar elementos parecidos a una bombilla, incluso un elemento encontrado en la actual Irak semejante a una celda electroquímica, se fechó del 250 ac, no dejaban de ser observaciones anacrónicas. Fue exactamente en el año 1800 cuando Alessandro Volta (de él proviene la unidad de tensión eléctrica en el sistema internacional conocida como voltio), un físico italiano, el cual haría la demostración de un invento suyo, la primera batería eléctrica o generador de corriente, y dos años después en 1802 Giuseppe Domenico Ramognosi con la ayuda de la pila de Volta, observaría movimientos en una brújula ocasionados por la corriente generada por la pila, estas observaciones pasarían inadvertidas, pero fue Christian Oersted, el mismo que descubriría un recíproco efecto que daría lugar a lo que mucho más adelante sería el fenómeno involucrado en la construcción de un transformador, y que consiste en que al hacer circular una corriente por un conductor se genera un campo magnético, pero si colocamos un conductor en un campo magnético circularía por él una corriente. Aplicación de la tercera ley de Newton es decir, la ley de acción y reacción. Por esta época también se hicieron exploraciones variadas y diversas analogías tanto físicas como matemáticas entre el calor y la electricidad, y fue a partir del estudio del físico francés Jean Baptiste Joseph Fourier acerca del el flujo de calor, que Georg Simon Ohm iba a describir de manera semejante un análisis del flujo de electricidad, estableciendo así analogías entre la tensión de la corriente y la temperatura y la cantidad de electricidad y el calor, formulando su tan aplicada ley acerca de la relación entre la corriente eléctrica, el voltaje y al resistencia eléctrica de gran utilidad en ingeniería y que se expondrá con detalle, más adelante. Pero siguieron los estudios y descubrimientos, fue así como Hendrik Lorentz iba a admitir la existencia de pequeñas partículas eléctricas cargadas negativamente, semejantes entre ellas y de masa muy pequeña, identificando además que los electrones asociados al átomo no iban a ser los únicos que constituirían la materia, sino que iban a existir otros ligados a él de manera débil (llamados electrones libres) cuyo movimiento sería aleatorio.

52

Estos trabajos iban a influenciar los planteamientos de Michel Faraday y del escocés James Clerk Maxwell que iban a permitir describir con mayor detalle el fenómeno de la corriente eléctrica, pero fue André Ampere quien iba a lograr demostrar que las corrientes eléctricas paralelas del mismo sentido se atraen o se repelen dependiendo del sentido que lleven, así como la hacen las cargas eléctricas. Faraday por su parte iba a considerar la corriente eléctrica como un fluido o dos fluidos desplazándose en direcciones opuestas, o como una vibración, o alguna otra forma de estado, afirmando que debía existir con respecto al principio de conservación de la energía, una ley general que abarcará todos los fenómenos naturales incluyendo los fenómenos que tenían que ver con la electricidad y realizó múltiples experimentos para describir el efecto de la inducción de la corriente, pues para él existía la posibilidad de que si por un alambre conductor circulaba una corriente eléctrica ésta podría inducir otra corriente en un conductor próximo mediante la acción de líneas de fuerza magnética, confirmación del principio ya formulado por Oersted. Y en este tipo de experimentos sobre la generación de corrientes eléctricas mediante inducción, fue que Faraday observó movimientos en la aguja de un galvanómetro al establecer una corriente eléctrica mediante una batería voltaica, alambres conductores y un anillo de hierro, como se muestra en la figura siguiente: Figura 8. Experimento de Inducción electromagnética de Faraday

Y así partiendo de todas estas observaciones y estudios anteriores es que Maxwell va a describir los fenómenos electromagnéticos y su relación con la óptica y asumirá la corriente eléctrica a partir de un modelo geométrico del campo en el que imaginaba un fluido incompresible moviéndose por tubos formados por líneas de fuerza semejantes a las formuladas por Faraday, pero sin establecer relaciones entre la teoría de la luz como onda y los fenómenos electromagnéticos, él se limitó a recurrir al modelo restringido que le proporcionaban las ecuaciones de la

53

hidrodinámica, pues trató de asimilar las líneas de fuerza de Faraday a corrientes originadas en el seno de un fluido incompresible, es decir, la corriente eléctrica, para dar explicación del éter como un medio electromagnético, a la manera de un panal de abejas en la que cada celdilla era un vórtice rodeada por partículas esféricas. Son estas “acciones a distancia” que ya había planteado Newton con las masas, y que Coulomb extrapolaría a las cargas a través de las líneas de fuerza propuestas por Faraday, las que van a asociarse al concepto de “campo”, tanto gravitacional, como eléctrico y magnético y es sobre estos postulados que continuarían desarrollándose durante la primera mitad del XIX las teorías de la electricidad y el magnetismo, pudiéndose determinar que lo que sí se propaga de un extremo a otro en un conductor con corriente eléctrica, es la energía eléctrica, y viaja de un punto a otro mediante interacciones entre los electrones, a una velocidad aproximada a la velocidad de la luz. Con respecto a los metales conductores (cobre, oro, plata etc.) y los semiconductores (silicio y germanio) de corriente eléctrica, es que sus átomos contienen electrones en su capa más externa (electrones de valencia) que pueden desligarse y desplazarse con libertad dentro del material mediante el establecimiento de un campo eléctrico a través de una diferencia de potencial otorgada por una fuente de voltaje. Así, las propiedades eléctricas, térmicas, magnéticas de la corriente eléctrica, pueden ser descritas mediante estados de energía en los electrones, así que cuando un electrón sale de un enlace covalente, deja tras de sí un hueco, que al quedar con carga positiva, atraerá a otro electrón que a su vez dejará otro hueco, que atraerá a otro, y en este fenómeno de avalancha, se producirá un flujo de electrones en un sentido y de huecos en otro como se ilustra en la figura siguiente. Figura 9. Movimiento de los electrones en la banda de conducción y de huecos en la banda de valencia de un semiconductor, bajo la acción de un campo eléctrico aplicado E

54

Este sorprendente fenómeno permitió para mediados del siglo XX, la creación del diodo semiconductor, y posteriormente del transistor y de los tiristores, abriendo el camino a la miniaturización y a los versátiles y capaces dispositivos que hoy poseemos y que han permitido no solo el desarrollo de la electrónica, los sistemas de cómputo sino a de la naciente y sorprendente ciencia de la mecatrónica. Es importante tener en cuenta que la comprensión del funcionamiento de un diodo semiconductor, será de importancia para los aprendientes del curso de circuitos para la realización del montaje de una fuente regulada de voltaje como microproyecto final de la asignatura, así como tres de las leyes más usadas en la resolución de circuitos como lo son la ley de Ohm y las dos leyes de Kirchhoff que pueden ser explicadas desde el principio de conservación de la energía que se extrapola al principio de conservación de la carga. Veamos ahora estas Leyes. 4.4.5.5 Ley de ohm y leyes de Kirchhoff. Gustav Kirchhoff planteó por vez primera en 1845 dos leyes de muy amplia aplicación en ingeniería, especialmente en las Ingenierías eléctrica, electrónica y mecatrónica, leyes que son dos igualdades basadas e los principios de conservación de la energía y de la carga, que nos permiten hallar en cualquier punto de un circuito bien sea la corriente o el voltaje, si bien pueden derivarse directamente de las ecuaciones de Maxwell, Kirchhoff existió antes de Maxwell y fue gracias a Georg Ohm y su ley, postulada después de comprobar que el voltaje o tensión eléctrica (V) es directamente proporcional a la corriente eléctrica (I), en un conductor que posee una resistencia (R), esta resistencia será la constante de igualación para la fórmula V= I x R y que ayudó a que el trabajo de Kirchhoff pudiera generalizarse como sigue: Primera ley de Kirchhoff (LIK): Ley de corrientes de Kirchhoff En cualquier nodo (punto donde convergen diversas ramas o cables de un circuito), la suma de la corriente que entra en ese nodo es igual a la suma de la corriente que sale. De igual forma, La suma algebraica de todas las corrientes que pasan por el nodo es igual a cero.

La ley se basa en el principio de la conservación de la carga donde la carga en couloumbs es el producto de la corriente en amperios y el tiempo en segundos.

55

Segunda ley de Kirchhoff (LVK): Ley de voltajes de Kirchhoff En toda malla (entiéndase por malla una trayectoria cerrada sin elementos en su interior) la suma de todas las caídas de tensión es igual a la tensión total suministrada. De forma equivalente, En toda malla la suma algebraica de las diferencias de potencial eléctrico es igual a cero.

Figura 10. Leyes de Kirchhoff

Para un mayor alcance en la comprensión de estas leyes y de otros fenómenos asociados a ellas, así como los diferentes métodos para la resolución de los circuitos se recomienda a los estudiantes la consulta de la siguiente WIKI diseñada especialmente para el curso de circuitos con las herramientas computacionales y las TICs vistas a lo largo de la maestría, que contempla las temáticas del curso, con fotos, videos, lecturas y ayudas para el afianzamiento conceptual.20

Además se propone retomar el análisis del mapa conceptual propuesto por Moreira en 1983 para la comprensión de los conceptos hasta ahora tratados con respecto a la energía, la corriente y el electromagnetismo, mapa que será explicado en clase y dónde les será propuesto a los aprendientes, ampliarlo y

20 http://maescentics.medellin.unal.edu.co/~wamorenos/wiki/index.php/P%C3%A1gina_Principal

56

mejorarlo si es posible con los elementos vistos a través de la asignatura, se cuenta además con las diapositivas presentadas para la introducción de las temáticas (Ver ANEXO C) y la invitación a la resolución de acertijos de lógica matemática, pensamiento lateral, enigmas, en otros, así como la resolución de circuitos resistivos que impliquen poner en práctica todo lo visto. (Ver ANEXO D) Ahora poseemos elementos suficientes para llevar a los aprendientes al laboratorio y poder corroborar experimentalmente la teoría y los conceptos vistos, mediante el desarrollo de una práctica diseñada para tal fin. Se elabora una completa guía para la medición de los principios eléctricos de la corriente eléctrica, el voltaje y la resistencia eléctrica (Ver ANEXO E), 4.5 MICROPROYECTO FINAL Por último se les propone a modo de microproyecto final de la asignatura, la construcción de una fuente de voltaje regulada (Ver ANEXO F) a modo de transferencia de conocimiento y como dispositivo indispensable para realizar prácticas en casa y para afrontar las asignaturas venideras como Electrónica Análoga y Electrónica Digital, desde las cuales pueden incluso mejorar dicho dispositivo, por ejemplo digitalizándolo, es de destacar el entusiasmo con que recibieron esta propuesta y su disposición para realizarla (Ver Evidencias en ANEXO G)

57

5. ANÁLISIS, PRESENTACIÓN DE RESULTADOS Y CONCLUSIONES DE CADA ACTIVIDAD

“La educación no cambia el mundo, cambia a las personas que van a cambiar el mundo”.

PAULO FREIRE

Para el análisis de resultados se tuvieron en cuenta las siguientes consideraciones:

Las respuestas dadas por todos los estudiantes a las distintas pruebas tipo test.

El análisis a las respuestas y argumentaciones de las actividades realizadas para tal fin.

Los resultados presentados por los aprendientes en cada actividad propuesta en la UEPS, es decir, la guía de laboratorio (pre-informe e informe), la presentación del microproyecto funcionando (fuente regulada de voltaje), las pruebas escritas, la elaboración de textos escritos etc. Siguiendo los lineamientos curriculares y el PEP del programa.

Para efectividad en las apreciaciones de los aprendientes y posteriores tabulaciones se denominarán desde A1 hasta A35, por ser 35 los aprendientes en este proceso.

TESTS INICIALES Análisis e interpretación del test 1 Este test inicial (VER ANEXO A, PARTE A: ACTIVIDAD 1, MOMENTO 1) permitió diagnosticar las áreas de reconocimiento y entendimiento por lo menos en un mínimo nivel tanto matemático como físico, es decir, con qué elementos matemáticos y físicos mínimos cuentan los aprendientes para enfrentar la asignatura de circuitos eléctricos, pues dentro de los prerrequisitos de la misma están las matemáticas operativas y obviamente los conocimientos que traen de su secundaria con respecto al álgebra, el cálculo, la estadística, la lógica, la física estática y dinámica, la óptica etc. A los aprendientes se les pedía seleccionar el área si la conocían y que dieran un ejemplo bien fuera una ecuación o un concepto, los porcentajes que se registran en la tabla 1 corresponden a los estudiantes que señalaron el área en cuestión y dieron un ejemplo pertinente. El porcentaje asociado a cada área nos permiten un acercamiento inicial a la posibilidad que tienen de relacionar un nuevo conocimiento a estas ideas previas en la estructura cognitiva.

58

Tabla 2: Diagnóstico de conocimientos previos, áreas de reconocimiento

Área %

Factorización

87

Identidades

78

Funciones

45

Límites

36

Derivadas

8

Integrales

1

Trigonometría

89

Geometría

71

Estadística

51

Vectores

44

Óptica

2

Cinemática

9

Dinámica

13

Estática

15

Cuantificadores lógicos

0

De los resultados obtenidos y las discusiones posteriores se destacan las siguientes observaciones: CONCLUSIÓN DEL PRIMER TEST

La mayoría (31 aprendientes) reconoció tener conocimientos sobre factorización, identidades, geometría y trigonometría dando incluso ejemplo acordes con estas temáticas. Los demás marcaron con x en estas 4 áreas pero

no hicieron ejemplos. Ninguno marcó el de cuantificadores lógicos (existe y

para todo ), al parecer no los conocían.

59

Con respecto a las otras áreas de la matemática, las respuestas fueron más diversas, algunos no sabían de ellas (20) y aquellos que decían conocer al respecto daban ejemplos poco acordes con dichos temas (11). Solo (3) aprendientes dieron ejemplos de los límites, funciones y cálculo diferencial, y tan solo un estudiante expresó tener conocimientos de todas las áreas matemáticas y sus ejemplos fueron apropiados, este estudiante ya había hecho una tecnología en electrónica, curiosamente no respondió la de cuantificadores lógicos.

Con relación a las áreas de la física los resultados generales fueron más preocupantes, pues la mayoría poseía un muy leve conocimiento de las áreas y los que decían tenerlo, daban ejemplos poco acordes con lo señalado, confundían cinemática, con estática y dinámica, y solo un aprendiente señaló todas estas áreas y dio ejemplos pertinentes, así como del área matemática excepto los cuantificadores lógicos.

Esta prueba buscó un acercamiento inicial a los tipos de conocimientos previos que traen los aprendientes, más allá de conocer un conocimiento previo específico, y nos invitó a trabajar desde diferentes frentes puesto que las temáticas del curso así lo requieren, es decir, en las presentaciones de la asignatura se tuvieron en cuenta, la resolución de ejercicios matemáticos, de sistemas de ecuaciones, de circuitos, el manejo de unidades, entre otras, para el reforzamiento de estas áreas.

ANÁLISIS E INTERPRETACIÓN DEL TEST 2 El segundo test (VER ANEXO A, PARTE B: ACTIVIDAD 1, MOMENTO 2), es grupal (4 aprendientes) y está encaminado a hacer un diagnóstico acerca de los conceptos de energía y electricidad, sus características, sus vínculos con la corriente eléctrica, la fuerza, la carga eléctrica, en fin; todo aquello que nos pudiera servir para el desarrollo ulterior de la UPES, además nos permite ir desarrollando en los estudiantes la actitud con respecto al trabajo grupal, la inferencia, el consenso, al tiempo que se detectan liderazgos, tipos de argumentaciones etc. Veamos algunas de las respuestas de los aprendientes (A#) con respecto a la energía. A5: “La energía es todo aquello que conforma la materia, no se reemplaza, ni se destruye, solo se transforma, todo posee energía” A11: “Es la capacidad que tiene un cuerpo para generar movimiento, por eso las rocas no tienen energía”

60

A22: “Es toda manifestación que tiene un cuerpo ya sea evidente en temperatura, movimiento, calor, la tienen los electrodomésticos, pero no los objetos inertes” A30: “Lo que mueve el mundo” A1:”Es toda aquella interacción entre dos o más elementos para causar una acción, como la energía eléctrica, o la del viento”. A14: “Es la fuerza que hace que un objeto realice una acción, ya sea movimiento, cambio de temperatura etc. Como la generada por una caída de agua para dar electricidad” A8:”Es una carga positiva, negativa o neutra que poseen las personas, los animales o cosas”. A34: “La energía es la que permite realizar un trabajo, una acción o un movimiento” A26: “La energía es aquello que mueve todo el universo, hay energía en todo lo que se mueve” A21: “La energía es el voltaje” Ahora con respecto a la electricidad estas fueron algunas respuestas. A14:”La electricidad es energía para hacer funcionar los aparatos y las máquinas” A27:“Es aquella interacción entre cuerpos que se complementan por átomos, todo esto produce el movimiento y acción de muchas de las cosas que usamos a diario”. A2: Es un tipo de energía que mueve la mayoría de cosas del mundo” A14:”Es el voltaje” A19:”La electricidad es la corriente eléctrica que pasa por unos alambres y hacen un ciclo correspondiente, para dar funcionamiento a una parte mecánica”. A35:”Flujo de corriente que permite que los aparatos funcionen” CONCLUSIONES DEL TEST 2

La mayoría de estudiantes considera que los objetos inertes no poseen energía, es decir esta se relaciona es con el calor, el movimiento, el trabajo y la energía eléctrica especialmente, consideran que una piedra, una silla, no

61

tienen energía, desconocen así la manifestación de diferentes tipos de energía como la potencial, la electrostática etc.

Se define la energía como la capacidad para realizar una acción o como “aquello” que resulta después de hace un trabajo.

Se relaciona el concepto de energía con el de fuerza, electricidad, voltaje, fuerza, trabajo de manera indistinta, es decir, se presenta elevada confusión conceptual.

El concepto de energía está para la mayoría directamente asociada al movimiento o al de energía eléctrica.

Se identifican solamente manifestaciones de la energía a partir del concepto de energía eléctrica, haciendo énfasis en las fuentes de energía con las cuales se puede generar ésta.

Muy pocos relacionan la corriente y la electricidad con la carga eléctrica.

Consideran que la energía se puede transformar y transferir, pero no logran explicar cómo.

No establecen una relación entre el concepto de energía y el de sistema, este aspecto fue tenido en cuenta como punto de partida para la elaboración del organizador previo.

Existe cierta resistencia por parte de los aprendientes a responder preguntas con justificación, son reacios a escribir, evidenciando cuando lo hacen una pobreza conceptual y de léxico técnico, científico incluso coloquial.

EL FORO Loa análisis anteriores se socializaron en un foro con todo el grupo sobre la energía y sus conceptos vinculantes, la fuerza, el flujo, la inducción, entre otros, para lo cual se socializó y analizó el mapa conceptual propuesto por Moreira (Ver ANEXO A, PARTE C, MOMENTO 3). Se destacan algunos de los comentarios surgidos de la discusión.

“Yo no sabía que existían tantos conceptos alrededor de la energía, por primera vez asocié, campo, flujo, inducción etc.”

“Las leyes que se presentaron fueron nuevas para mí, ya sé por lo menos que existen cuando llegué a las asignaturas de física”

62

“Es posible entonces partir de algo general como un sistema que puede tener una energía propia y relacionarla con otros sistemas a través de la interacción, el intercambio, la transferencia”

“Eso del electromagnetismo es nuevo para mí, no comprendía todas las asociaciones que se presentan entre lo eléctrico y lo magnético, aunque no comprendo aun específicamente de qué se trata”

“Pero y ¿dónde entran todos los tipos de energía que existen?” La riqueza de la socialización de conceptos en discusiones generales es mucha, pues no solo se debate sobre los tópicos de interés, afianzando conceptos, eliminando ideas erróneas, sino que como medidor se detectan liderazgos, timideces, capacidades de escucha, intereses y motivaciones que tienen los aprendientes, pero veamos ahora en la tabla 3 las consideraciones con respecto a los conceptos dados en asocio con la corriente, así como el porcentaje de aprendientes en dichas categorías, luego de analizar el test 2 y lo analizado en el foro. Tabla 3. Conceptos sobe la corriente y porcentajes

Consideración %

Comprende la corriente eléctrica como energía 78

Asocia la corriente eléctrica con carga eléctrica 26

Presenta ejemplos del uso y aplicación de la corriente eléctrica 81

Tiene en cuenta para expresar la corriente eléctrica el primer principio de la termodinámica

22

Asocia la corriente eléctrica con el voltaje 16

Establece una relación directa del voltaje con la corriente y la resistencia 5

Se observa que la mayoría de aprendientes relaciona la energía con la corriente y puede dar ejemplos de su aplicación y su uso, pero al momento de tener en cuenta otros aspectos como el primer principio de la termodinámica en cuanto a la conservación de la energía o incluso la relación de la corriente con el voltaje o la resistencia eléctrica ya los porcentajes son menores, también es claro que a los aprendientes no les gusta mucho escribir, temen cometer errores y pueden tener intuiciones más altas que verbalizan, pero al momento de escribir la limitación es mayor. Todas estas aseveraciones, inquietudes y resultados anteriores, abrieron la posibilidad de presentarle a los aprendientes el organizador previo (VER ANEXO A, PARTE D, MOMENTO 4), para continuar de manera coherente y secuencial con el análisis de la energía y poder llegar al concepto de corriente eléctrica, aclarando que se iría de lo general a lo particular para luego de manera

63

reconciliadora emprender el viaje de regreso de lo particular a lo general. Así, cuando se les preguntará más adelante por conceptos como voltaje, corriente eléctrica, resistencia eléctrica y electricidad, poseerían los aprendientes más elementos de asociación y mayores inferencias, aunque las definiciones aún no iban a poseer todos los elementos involucrados con el concepto, sí iban a tener un acercamiento más objetivo o por lo menos el uso de vocablos más acordes con ellos, estás fueron algunas de sus respuestas al cuestionario (VER ANEXO B, PARTE A, MOMENTO 1) sobre los principios eléctricos. A3:“La electricidad tiene que ver con las cargas eléctricas, que si son de igual signo se repelen y de distinto signo se atraen”. A10: “El voltaje es una fuerza que impulsa a los electrones a viajar por los cables” A22:“La corriente eléctrica tiene presente electrones que fluyen por los conductores y dependiendo del cable irán más o menos rápido”. A34: “Existen cables que dependiendo del material de que estén hechos dejarán pasar mejor la corriente eléctrica”. A9:”Se debe tener una “cosa” que le de fuerza a un circuito para que pueda haber corriente” A11:”El voltaje, la corriente y la resistencia están asociados por la electricidad”. A25: “Tiene que haber movimiento de electrones para que se de la electricidad” A4:”Yo pensaba que la resistencia era solo la del fogón, ahora sé que todo puede tener o no resistencia para que la corriente vaya”. A33: “Yo confundía voltaje con electricidad y corriente” A6:”El cobre es buen conductor, el plástico no, el agua también es buena conductora de la electricidad”. Estas respuestas evidencian ya un avance sustancial, por lo menos en asociación e inferencia, un pequeño paso para un aprendizaje más significativo de los conceptos. Ahora analicemos lo anterior categorizando sus respuestas. Conceptos analizados y categorías relacionadas a ellos En el análisis de las respuestas a las preguntas de las pruebas realizadas, se eligieron tres aspectos a observar para tener en cuenta el nivel de

64

conceptualización de la corriente eléctrica y su relación con la energía, las cargas eléctricas y la relación don otros conceptos como el voltaje y la resistencia eléctrica. Se definieron entonces las siguientes categorías: Categoría 1: esta categoría se evidencia en respuestas en las cuales el aprendiente sólo asocia de manera directa corriente eléctrica con energía y movimiento, sin establecer relaciones más profundas y complejas, veamos algunas respuestas. A25: “La corriente eléctrica es energía y sobretodo energía eléctrica” A16: “Para que exista corriente es necesario que tengamos transformadores y cables que den energía a los aparatos”. A12: “La corriente eléctrica o energía eléctrica es aquella que permite que los mecanismos se enciendan y se muevan”. Categoría 2: Aquí, se evidencia una comprensión un poco más sofisticada con respecto a la corriente, asociando ésta al movimiento de la carga eléctrica en un conductor, sin llegar a asociar al voltaje, ni a la resistencia eléctrica, veamos algunas respuestas en este sentido: A22:“La corriente eléctrica tiene presente electrones que fluyen por los conductores y dependiendo del cable irán más o menos rápido”. A7:”La corriente son cargas como protones y electrones que se mueven por lo cables para dar electricidad”. A32:”Cuando un electrón se desplaza por un cable a alta velocidad se da la corriente eléctrica”. Categoría 3: En esta categoría se tienen en cuenta las respuestas que tienen en consideración a la corriente eléctrica con la carga eléctrica y además la relación con el voltaje como una fuerza y a la resistencia eléctrica como una oposición al flujo de la corriente. Las siguientes respuestas dan cuenta de esta categoría: A25:”La corriente eléctrica son cargas en movimiento, que deben ser impulsadas por una fuerza para que viajen por los cables que si son buenos conductores irán más rápido los electrones, pero si no lo son estos irán lentos o no irán” A14:”El voltaje es como una canilla que si la abro fuerte pasará más agua que es en este caso la corriente y lo grueso de la manguera será la resistencia, pues si esta es delgada el chorro será más potente”. Miremos ahora la categoría y el porcentaje de estudiantes que cobija cada una.

65

Tabla 4. Categorías de la corriente y porcentajes

Corriente eléctrica

Categoría 1 Categoría 2 Categoría 3

No asocia la corriente eléctrica sino como energía

Establece relaciones entre la corriente y el flujo de

electrones

Interrelación de corriente con voltaje y resistencia

eléctrica

62.32% 19.47% 18,21%

Se espera que estos porcentajes se modifiquen con el planteamiento de otras estrategias y procesos, para después realizar de nuevo el test sobre los conceptos de electricidad, corriente, voltaje y resistencia y hacer un análisis comparativo o por lo menos observar el tipo de respuestas y aún el porcentaje de aprendientes que albergará cada categoría. ANÁLSIS Y CONCLUSIONES DE OTRAS ESTRATEGIAS: ACERTIJO, DETECCIÓN DE MODELOS CIRCUITALES Y ENSAYO Llega aquí el momento de continuar con otras estrategias para lograr aprendizajes y relaciones con los conceptos de manera más acertada, se les plantea entonces un acertijo (VER ANEXO B, PARTE B, MOMENTO 2). Cuando se le planteó el acertijo al grupo completo, la expectativa fue muy grande, inicialmente se les invitó a pensar antes de emitir una respuesta, luego de dar las pautas y plantear el acertijo, se escucharon todas las posibles respuestas, si bien en el anexo está el acertijo, daré aquí el enunciado y la solución. Enunciado En una habitación (con la puerta cerrada) existen tres interruptores o suiches, uno de ellos enciende una bombilla que está afuera de la habitación, los otros dos no hacen nada, es de aclarar que la luz de la bombilla no se filtra por hendijas, ni ventanas, ¿cómo es posible descubrir cuál es el interruptor que enciende la bombilla?, sabiendo que después de manipular los interruptores al interior de la habitación, solo se puede salir una sola vez de ella (no se puede volver a entrar). Solución En ningún momento nos dicen que después de manipular los interruptores debemos salir de inmediato, por lo tanto, la respuesta es: Se enciende uno de los interruptores esperando que si ese es el que enciende la bombilla, ésta estará encendida y calentándose, por lo tanto se esperan unos segundos, luego se apaga el interruptor y se enciende otro cualquiera de los tres y se sale de la habitación. Si la bombilla está encendida fue el que dejamos

66

encendido, si está apagada y tibia fue el primero que activamos, si está apagada y fría fue el que no tocamos. Curiosamente ninguno de los aprendientes dio con la respuesta, por lo que concluimos, que no se hizo relación entre corriente eléctrica, resistencia y calor, esto no desmotivó, por el contrario sugirieron seguir planteando acertijos en cada clase, pero se evidenció que falta estimular no solo el pensamiento divergente, sino el recurrir a otras lógicas, en conclusión se detectó un error lógico, aunque a muchos otros, tanto docentes como profesionales de otras áreas que se les planteó el acertijo no llegaron tampoco a la solución. La mejor manera de ir desarrollando este tipo de habilidades fue proponerles continuar resolviendo acertijos y problemas de lógica matemática, juegos del lenguaje y enigmas durante las sesiones del semestre, dejándoles un banco de problemas de ésta índole (ANEXO D: ACERTIJOS Y PROBLEMAS PARA EL TRABAJO INDEPENDIENTE), los problemas de pensamiento lateral son particularmente convenientes para el desarrollo de otro tipo de lógicas, pero debemos antes de proseguir con otra estrategias dejar claro que es necesario:

Promover situaciones en que los alumnos reflexionen y expresen explícitamente sus ideas.

Conseguir que los alumnos cuestionen sus puntos de vista, haciéndoles discutir en grupo, y puedan emitir hipótesis acerca del comportamiento de determinados sistemas.

En la medida de lo posible contrastar dichas hipótesis con experimentos prácticos.

Crear situaciones en que los alumnos apliquen y reafirmen las nuevas ideas.

Recordarles y recordarnos que existen otras lógicas, que no son contempladas habitualmente, debido principalmente al desconocimiento de conceptos físicos que si bien los observamos cotidianamente no los asimilamos como es debido.

Después de estas sugerencias continuamos con otra estrategia en relación directa con lo anterior y que posibilitará un acercamiento práctico a los conceptos de interés y que tiene que ver con detectar qué modelo de circuito eléctrico está presente en el esquema mental del aprendiente se proponen entonces 4 modelos (VER ANEXO B PARTE C, MOMENTO 3: PRUEBA PARA LA DETECCIÓN DE MODELOS) De los 35 estudiantes del curso la respuesta a este planteamiento fue la siguiente.

67

Tabla 5. Modelos circuitales y porcentajes

Modelo No de estudiantes Porcentaje (%)

A 2 5.714

B 11 31.429

C 18 51.429

D 4 11.429

Este resultado nos da una idea de cómo perciben los aprendientes el concepto de electricidad, energía y circuito. La mayoría optó por escoger el modelo C, evidencia que la creencia de que la bombilla consume la energía eléctrica haciendo que disminuya ésta en el cable de retorno, nos permite comprender que hay un error instaurado que será necesario aclarar. Para ello se desarrollaron diferentes alternativas, la primera consistía en la lectura de un artículo “Electricidad en el ser humano” (VER ANEXO B, PARTE D, MOMENTO 4: LECTURA) y la realización de un ensayo acerca de la electricidad y la corriente eléctrica, en aras de que el pensamiento del aprendiente en cuando a ese tipo fenómenos no solo se afiance sino que tenga en cuenta los riesgos y las precauciones que conllevan trabajar con la electricidad, máxime que pronto se iría al laboratorio donde se deben extremar los cuidados, al tiempo que se ejercita la reflexión y la labor escritural. Se les presenta además las diapositivas referentes a las temáticas del curso (VER ANEXO C: PRESENTACIÓN DE DIAPOSITIVAS PARA EL AFIANZAMIENTO DELOS CONCEPTOS) y se les invita a visitar la Wiki diseñada especialmente para la asignatura, como resultado y conclusión de esta parte, fue muy grato leer sus ensayos y sus posturas al respecto de la electricidad y la corriente eléctrica como evidencia de solo uno de tantos ensayos se deja en los anexos (VER ANEXO G: EVIDENCIAS). En la mayoría de los ensayos se evidencia un esfuerzo del aprendiente por plasmar de manera clara, por darle coherencia y cohesión a sus ideas, al tiempo que da cuenta con sus palabras de los conceptos, es mucho lo que hay que reforzar al respecto, porque realmente no es mucha la labor escritural a la que están sometidos los estudiantes, pero si se invitan permanentemente a este tipo de ejercicios, los resultados pueden ser muy satisfactorios. LA GUÍA PRÁCTICA EN PRO DE UNA HABILIDAD PRÁCTICO EXPERIMENTAL Ahora ya están listos para el desarrollo de la primera guía práctica que aparece en la elaboración de la UEPS, aquí experimentarán en el laboratorio lo visto y discutido teóricamente, deberán realizar mediciones, usar dispositivos, hacer preinfrome, informe, analizar datos y sacar conclusiones (VER ANEXOS G GUÍA Y EVIDENCIAS DE PREINFORME E INFORME). Deberán entonces medir resistencias, voltajes, corrientes, sacar porcentajes de error, corroborar la teoría,

68

trabajar en equipo, tomar decisiones, hacer reflexiones , hacer consensos y tener en cuenta las indicaciones para evitar lesiones y daños a personas y equipos, para ello han sido informados con anticipación y se les ha orientado para ello. CONCLUSIONES REFERENTES A LA PRÁCTICA La visita al laboratorio siempre les llena de expectativas, pues pondrán a prueba su habilidad experimental, esto favorece la labor del mediador, pero debe también alertarlo para que los ímpetus del aprendiente no se desborden, se les invita al respeto hacia los compañeros, los recursos y los dispositivos que deben manejar con cuidado, y siguiendo los pasos ordenadamente de la guía se disponen a efectuar montajes y hacer mediciones, trabajan en grupos de 3 aprendientes máximo, afortunadamente cuentan en el ITM con equipos suficientes y espacios acordes para dicha labor. De esta visita al laboratorio podemos concluir.

La disposición y motivación alta que tienen para la práctica.

La posibilidad de ir afianzando los conceptos mientras se efectúan las mediciones.

El temor inicial que tienen a la electricidad, pero cuando ven al mediador manipulando los equipos tranquilamente ellos también se tranquilizan, aunque no todos.

Muchos aprenden en el laboratorio lo que quizás en la teoría se les dificultaba.

Otros juegan un papel muy pasivo, aún sienten mucho temor a estropear equipos o causar daños, esto con el tiempo y una buena orientación pude superarse.

La habilidad que van obteniendo para realizar informes técnicos aumenta, así como la inferencia y el uso del lenguaje.

Las ayudas audiovisuales que han tenido a disposición en la wiki contribuyen en muy buen grado a que los montajes y las mediciones sean cada vez mejor.

La realización de varias prácticas los hace cada vez más diestros en el manejo de dispositivos, al punto de poder ir solos al laboratorio, evidenciando responsabilidad e independencia.

Están ya listos después de varios montajes a emprender otros de mayor dificultad.

69

EL MICROPROYECTO LA TRANSFERENCIA FINAL Arribamos ahora al punto álgido de este proceso donde los aprendientes deberán hacer un montaje más complejo (VER ANEXO F, CONSTRUCCIÓN DE UNA FUENE EGULADA DE VOLTAJE) y para el cual debieron desarrollar habilidades mayores, por ejemplo:

Hacer simulaciones en el computador.

Diseñar un circuito impreso para lo cual tuvieron que usar ácidos, recortar la bakelita, soldar componentes, seguir planos eléctricos, y medir las variables de corriente, voltaje y resistencia.

Exponer su trabajo ente el gran grupo su microproyecto teniendo que usar un lenguaje técnico y apropiado para dar cuenta de lo realizado, así como de las dificultades que se presentaron en el proceso.

Como una pequeña muestra de este proceso (VER ANEXO F, FOTOGRAFIAS COMO EVIDENCIA DE LA FUENTE DISEÑADA) TABLAS COMPARATIVAS Comparación del test 2, al inicio del curso (momento inicial) y al final del curso (momento final), es necesario recalcar el significativo avance en la asimilación y comprensión del concepto de corriente eléctrica, sin embargo ello no implica que este alto porcentaje haya ganado la asignatura, pues recordemos que el curso como tal tiene otros porcentajes representados en parciales, otras 6 prácticas de laboratorio y muchos más conceptos a tratar, sin embargo la experiencia de la puesta en práctica del modelo mediante la UEPS mejoró ostensiblemente en cuanto a lo esperado: veamos pues las tablas comparativas en cuanto al segundo test y a la tabla de categorías diseñada para la corriente eléctrica, así como el porcentaje de estudiantes que cancelaron, perdieron y ganaron el curso, así como algunos comentarios textuales que pronunciaron los aprendientes al finalizar el curso.

70

Tabla 6. Tabla comparativa acerca de la corriente y apreciación de los aprendientes en dos momentos

Consideración Momento Inicial

Momento final

Comprende la corriente eléctrica como energía 78% 94%

Asocia la corriente eléctrica con carga eléctrica 26% 56%

Presenta ejemplos del uso y aplicación de la corriente eléctrica 81% 98%

Tiene en cuenta para expresar la corriente eléctrica el primer principio de la termodinámica

22% 61%

Asocia la corriente eléctrica con el voltaje 16% 99%

Establece una relación directa del voltaje con la corriente y la resistencia

5% 77%

Tabla 7. Categorías acerca de la corriente y su evaluación en dos momentos

Corriente eléctrica Categoría 1 Categoría 2 Categoría 3

No asocia la corriente eléctrica sino como energía

Establece relaciones entre la corriente y el

flujo de electrones

Interrelaciona corriente con voltaje y resistencia eléctrica

Primer momento 62.32% 19.47% 18,21% Segundo momento 5.89% 33.24% 60.87%

Las tablas muestran un avance considerable en cuanto a los propósitos buscados, el concepto de corriente eléctrica fue asimilado de una manera más poderosa, pudiéndose observar que la relación con el voltaje, la resistencia y la carga eléctrica ya estaba presente en un gran porcentaje de los aprendientes, pues pasaron de considerar solo la relación con la energía a tener en cuentas otros análisis y consideraciones. Tabla 8: Porcentaje de estudiantes que cancelaron, perdieron o ganaron en los últimos 3 semestres

Circuitos Eléctricos para Ingeniería Mecatrónica (Jornada mañana) Sede Robledo

Semestre 2012-2 2012-1 2013-1

Matriculados 172 (100%)

223 (100%)

201 (100%)

Cancelaron 19 (11.05%)

41 (18.38%)

18 (8.95%)

Perdieron 44 (25.58%)

48 (21.52%)

31 (15.42%)

Ganaron 109 (63.37%)

134 (60.09%)

152 (75.62%)

71

Se muestra la jornada de la mañana con todos los grupos de circuitos eléctricos, en los últimos tres semestres, se observa que se redujeron los porcentajes de cancelación en un 2% y de perdida en un 10% aproximadamente, en parte esta disminución la aportó el grupo donde se realizó el proyecto, pues si bien hubo cancelación y pérdidas éstas fueron de 2 y 3 estudiantes respectivamente, en parte como algunos lo afirmaron fue por lo ameno de la clase y los que perdieron reconocieron que fue por perezosos. Veamos algunos de los comentarios de los aprendientes la final del proceso. A23: “Si bien no gané esta asignatura tengo herramientas y mucho más claros los conceptos para enfrentar con mayor tranquilidad el próximo semestre, yo sé que me relajé mucho y no estudié” A11:”A mí me gustó mucho venir al laboratorio al principio yo no entendía mucho lo de la corriente pero luego de medir en laboratorio tantas veces y hacer tantos cálculos entendí mejor”. A6:”Profe yo vine a entender cuando estudié en la casa con la wiki que usted dejó para que estudiáramos, yo pude entender más con los videos que ahí estaban”. A34:”En mi casa están todos orgullosos porque yo les mostré la fuente que hice yo solo, bueno con ayuda suya claro”. A25:”Yo no entendía por qué tanta insistencia suya con la corriente, la energía el voltaje y todo eso, pero ya sé, al contrario de muchos de mis compañeros, yo entendí el concepto de corriente o bueno así lo creo cuando estudié el mapa de ese señor de Brasil”. A14:”Profe yo le puse los acertijos a mis hermanos y el niño menor ya no para de buscar otros y siempre que llego a la casa me dice que si le pongo acertijos”. A16:”Profe yo odio los acertijos, yo no sirvo pa’ eso yo sinceramente prefiero leer cosas serias”. A2:”Lo mejor de este curso fue haber aprendido que uno en el bachillerato no hizo sino jugar porque aquí cuando fuimos al laboratorio yo ya me sentí en la universidad y cuando hice la fuente ya me creía ingeniero”. A33: “Profe yo al principio creía que la corriente, el voltaje y hasta la resistencia eran lo mimo, yo si era bobo, ahora sé diferenciar y medir cada uno”. A17:”Al principio yo iba a cancelar pero después pude entender mejor y me quedé y ya gané esta materia, estoy más confiado de ir para análoga y digitales”

72

A20:”Profe yo creo que es necesario usar la UEPS para todo el curso, a mi me parece que eso nos ayudó mucho a entender la corriente ojalá todos los temas fueran vistos así”. 5.1 INCONVENIENTES A continuación se presentan los inconvenientes que se presentaron en el desarrollo de las diferentes actividades y que nos invitan a tenerlos en cuenta y desarrollar estrategias para la superación de los mismos.

En las actividades de trabajo individual: El poco interés que presentan algunos aprendientes para la realización de pruebas escritas, el latente temor que tienen a cometer errores o evidenciar sus falencias argumentativas y escriturales.

En las actividades de trabajo en pequeños grupos: A muchos aprendientes se les dificulta trabajar con otros y se cohíben de aportar sus ideas y experiencias.

En las actividades con el gran grupo: Las dificultades que presentan en el trabajo en pequeños grupos se presentan también en el trabajo con todo el grupo, existe mucho pánico escénico y temor a quedar mal ante los otros.

En los procesos argumentativos: La construcción de argumentos a partir de falacias, los errores conceptuales que los llevan a falsas generalizaciones, el reducido léxico tanto científico como coloquial.

En la elaboración de textos escritos: Problemas de redacción y de estilo, falta de coherencia y cohesión en las ideas, el reducido léxico, algunas grafías ininteligibles.

En el desarrollo de prácticas de laboratorio: Falta de preparación teórica previa, temor a manipular dispositivos y realizar montajes, la necesidad de emplear siempre fórmulas y temor a hacer descripciones y argumentaciones de lo observado y lo medido.

Ante el análisis de problemas y acertijos: Existe una tendencia general a evadir el problema, esquemas de pensamiento muy rígidos, temor a ser burlados, pobreza conceptual tanto matemática como de fenómenos del mundo físico. Faltos de inferencia y de relación con otros contextos.

73

El uso de herramientas de cómputo y simuladores: Existen aprendientes que aún le temen a los computadores y algunos sienten temor es de dañarlos, lo mismo ocurre con el uso de paquetes informáticos y de simulación, algunos tienen poco interés por estos dispositivos.

Resolución de pre-informes, informes, pruebas escritas, talleres y tareas: Existe en algunos, cierta apatía para enfrentar las actividades mencionadas, pereza a pensar y a enfrentar retos, falta de método para la toma de datos, y dificultad para atender secuencialmente las instrucciones de las guías de laboratorio.

Toma de decisiones: Algunos aprendientes son todavía muy dependientes del mediador y de otros compañeros, tienen temor a defender sus ideas, son acomodaticios.

74

6. CONCLUSIONES Y RECOMENDACIONES

Después del análisis de resultados y de la evaluación del proceso, podemos ahora concluir que:

Los resultados obtenidos a partir de las tablas 6, 7 y 8 nos muestran el significativo avance que obtuvieron los aprendientes con respecto a la evolución conceptual de la corriente eléctrica, pues pasaron de considerarla como simple energía a vincularla a otros conceptos como la carga, el voltaje etc. Esto facilitó la enseñanza posterior de las otras temáticas como la ley de Ohm, las leyes de Kirchhoff y los capacitó para enfrentar asignaturas posteriores como Electrónica Análoga y Electrónica Digital.

El uso de la UEPS fue vital para la asimilación de conceptos, por el uso de las herramientas que contiene, los materiales empleados y las rúbricas que nos permiten entonces recomendarla como un poderosa estrategia tanto de enseñanza como de aprendizaje.

Es posible recomendar un modelo como el MEDAS, que por su adaptabilidad permite implementarlo en una asignatura cualquiera, y realizarle modificaciones acorde con las necesidades tanto institucionales como de la asignatura a tratar y de los intereses del mediador.

La labor del mediador es inicialmente muy intensa pero en la medida en que se va desarrollando el proceso se van liberando ciertas tensiones naturales, y se va adquiriendo mayor habilidad en la detección de los procesos de pensamiento y de los esquemas mentales de los aprendientes, pues no podemos olvidar que cada aprendiente tiene su ritmo, su velocidad de aprendizaje, es labor también del mediador detectar a aquellos aprendientes que le dan prioridad a determinados sentidos, es decir, hay aprendientes que se centran en lo auditivo, o lo visual o lo kinestésico, esto con el fin de desarrollar estrategias tendientes a potenciar el aprendizaje basándonos en estas características.

Resulta muy gratificante ver la transformación en los esquemas mentales, en la introspección a la que llegan los aprendientes después del proceso, la capacidad que adquieren de inferencia, la extrapolación de conceptos a otros contextos y universos, la independencia que muestran para la toma de decisiones y la exposición de sus ideas y argumentos, la habilidad que

75

desarrollan para la resolución de problemas de diferente dificultad, el uso cada vez más apropiado del lenguaje científico y natural, la habilidad práctico experimental ganada para el diseño, montaje y puesta a punto de proyectos como en este caso de la realización de una fuente regulada de voltaje y sobretodo el cambio conceptual que adquieren los aprendientes después de que el mediador compara el antes y el después del proceso.

La invitación siempre a la formulación de preguntas, a la mirada interior que nos permite entender nuestros procesos mentales, a la metacognición necesaria para observar cómo aprendemos a aprender, al aprendizaje autónomo y a la autoevaluación en pro de regular los procesos, al asocio de ideas de significado mayor que se vinculen con las ideas previas para el logro de aprendizajes verdaderamente significativos.

Es necesario recomendar a los mediadores el empleo de juegos de inteligencia, el uso de acertijos, problemas de lógica y del lenguaje, los enigmas, el pensamiento lateral, etc. Como una poderosa estrategia que nos posibilita no solo hacer del aula un lugar más grato, sino especialmente detectar mediante este recurso los esquemas de pensamiento y las ideas previas que tienen los aprendientes del mundo que los rodea y poder mediante esta detección plantear nuevas estrategias y métodos que enriquezcan permanentemente la práctica docente.

El uso de rúbricas para el descubrimiento de ideas previas como para la

evaluación es recomendada para un modelo como el MEDAS, además se propone llevar registro de las actividades, procesos y transformaciones que se dan en el aula, que bien podría ser mediante un diario de campo o un portafolio de experiencia docente, como bitácora de viaje y como herramienta para el control, la adaptación y las modificaciones del proceso.

Quizás el viaje de depurar un concepto desde lo histórico, mostrando su devenir, nos termine comprobando que va en estrecha relación con el devenir del pensamiento, los errores que antaño se manifestaron como ideas preconcebidas, son quizás de la misma naturaleza de los que ahora se presentan a la luz de nuestro entendimiento, nuestro cerebro sigue su viaje y su transformación, estimularlo siempre es menester, pero para ello se deben abandonar rigideces y hermetismos, es labor obligada tanto de mediadores como de aprendientes.

76

BIBLIOGRAFÍA AUSUBEL, D.P. (1968) Educational Psychology: a cognitive view. New York, Holt, Rinehart, and Winston. AYALA C. L Santistute, V y Barriguete, C. (1993) Interpretación de la tarea y estrategias de aprendizaje. Madrid. Pag 167 COHEN, R., EYLON, B., GANIEL, U., 1983, Potencial difference and current in simple electric circuits: a study of student's concepts. American Journal of Physics, 51 (5), pp. 407-412. CAILLEAUX DE LA BORDA. Tomás. (2005). 1000 pasatiempos de lógica y juegos de inteligencia. Ed. Servilibro. Madrid DRIVER, R. 1985, Children's ideas in Science. (Open University Press: Milton Keynes, England). GARNER R. Y Alexander,(1989) Metacognition answered and unswered, Revista “Educational Psychologist” número 24 pag 143-158 GASKINS, I. y Elliot, T (1998). Cómo enseñar estrategias cognitivas en la escuela. Buenos Aires. Paidos GIL, D., Bases teóricas de un modelo de enseñanza/aprendizaje de las Ciencias. Simposio sobre Psicología del aprendizaje y desarrollo curricular. Oviedo. pp. 127- 134. LIVINA Lavigne Miguel (2000) La capacidad para resolver problemas vista con un enfoque personológico. Cuba. Ed. Victor Barros Argote Pag. 72 MARTÍNEZ Carazo Piedad Cristina. “Pensamiento & gestión”, 20. Universidad del Norte, 165-193, 2006.

77

MC COMBS, B (1993). Intervenciones educativas para potenciar la metacognición. Madrid. MINISTERIO DE EDUCACIÓN NACIONAL, Lineamientos curriculares 1998, implicaciones pedagógicas y didácticas. El rol del educador. MOREIRA, M, A. y F. S. Massini (1982) Aprendizagem significativa a teoría de David Ausubel. Sao Paulo, editora Moraes p. 95-99 MOREIRA, Marco A. Unidades de enseñanza potencialmente significativas - UEPS. <Disponible en: http://www.if.ufrgs.br/~moreira/UEPSesp.pdf (Consulta marzo 14 de 2013)

NUSSBAUM, J., NOVICK, S., 1982, Alternative framework, conceptual conflict and acommodation: towards aprincipled teaching strategy. Instructional Science. Vol. 11, pp. 183-200. OSBORNE, R., FREYBERG, P, 1985, Learning in Science. (Hainemann England). OSBORNE, R. et al. Learning in Science Project. Working papers no 25, 207, 209. (University of Waikato. Hamilton. N .Z.). PFUNDT, H. Y Duit, R (1994) Bibliography. Students’ alternative frameworks and science education (Institute for Science Education, Kiel). Hierrezuelo, J. Y Montero, A (1991). La ciencia de los alumnos. Elzevir, Vélez- Málaga) POZO, J. I. y otros (1994) La solución de problemas. (Santillana, Madrid) RHONECK, C., 1983, Semantics Structures describing the electric circuit before and after instruction. International Summer Work-shop: Research on Physics Education. La Londe les Maures. Francia. RODRÍGUEZ, G., Gil, J., García, E. (1996). Metodología de la investigación cualitativa. Málaga: Ediciones Aljibe. Pag. 101

78

SHIPSTONE, D., 1984, A study of children's understanding of electricity in simple D.C. circuits. European Journal of Science Education. Vol. 6, (2), pp. 185-198 TIBERGHIEN, A., 1983, Revue critique sur les recherché visant a elucider le sens des notions de circuits électriques pour les eleves de 8 a 20 ans. Atelier International d'eté: Recherche en Didactique de la Physique. La Londe les Maures. France. VÁSQUEZ, Rodríguez Fernando, (1999) El ensayo, 10 pistas para su composición. Ed, Norma. Medellín.

79

CIBERGRAFÍA www.metalactual.com/revista/8/tecnologia mecatronica.pdf (Última consulta 01/10/2013)

http://karin.fq.uh.cu/~vladimar/cursos/%23Did%E1cticarrrr/Tesis%20Defendidas/Did%E1ctica/Miguel%20Jorge%20Llivina%20Lavigne/Miguel%20Jorge%20Llivina%20Lavigne.pdf (Última consulta 08/09/2013)

http://www.if.ufrgs.br/~moreira/UEPSesp.pdf (Última consulta 1/10/2013) http://maescentics.medellin.unal.edu.co/~wamorenos/wiki/index.php/P%C3%A1gina_Principal (Última consulta 30/10/2013) http://www.historiasdelaciencia.com/?p=782 (Última consulta 23/09/2013)

www.acertijos.net (Última consulta 07/07/2013)

80

ANEXOS

Anexo A: Pruebas de saberes previos primera sesión de clase y cuatro actividades en cuatro momentos

Instituto Tecnológico Metropolitano

INGENIERÍA MECATRÓNICA

ASIGNATURA: CIRCUITOS ELÉCTRICOS (CEX24-1) PRUEBA DIAGNÓSTICA 1: PARTE A

FECHA: ________________ ESTUDIANTE_________________________________

CARNÉ____________________________

PARTE A MOMENTO 1: DIAGNÓSTICO DE ÁREAS MATEMÁTICA Y FÍSICA TIEMPO DE DURACIÓN: 20 MINUTOS (ACTIVIDAD INDIVIDUAL) ¿De cuáles de los siguientes temas tiene algún conocimiento? (señale con una x), dé un ejemplo cualquiera al respecto

Factorización Identidades Funciones Límites Derivadas Integrales Trigonometría Geometría Estadística Vectores Óptica Cinemática Dinámica Estática Cuantificadores lógicos

81

Instituto Tecnológico

Metropolitano

INGENIERÍA MECATRÓNICA

ASIGNATURA: CIRCUITOS ELÉCTRICOS (CEX24-1) PRUEBA DIAGNÓSTICA 1: PARTE B

FECHA: ________________

ESTUDIANTE ________________________CARNÉ___________ ESTUDIANTE ________________________ CARNÉ__________ ESTUDIANTE ________________________ CARNÉ___________ ESTUDIANTE ________________________ CARNÉ___________

PARTE B MOMENTO 2: QUÉ SABEN DE LA ENERGÍA Y LA ELECTRICIDAD TIEMPO DE DURACIÓN: 40 MINUTOS (ACTIVIDAD GRUPAL)

PREGUNTAS ACERCA DE LA ENERGÍA 1. ¿Podrían decir cosas cotidianas que tengan energía? 2. ¿Qué cosas no tienen energía? 3. ¿Por qué estas cosas no tienen energía? 4. ¿Qué creen que es la energía? 5. ¿Qué tipos de energía conocen? PREGUNTAS ACERCA DE LA ELECTRICIDAD 1. ¿Qué cosas cotidianas creen que tienen electricidad y qué cosas creen que no la tienen? 2. ¿Por qué creen que tienen o no electricidad estas cosas? 3. ¿Qué creen que debe existir para que haya electricidad? 4. ¿Cómo se produce la electricidad? 5. Expresen en sus palabras qué es la electricidad.

82

Instituto Tecnológico Metropolitano

INGENIERÍA MECATRÓNICA

ASIGNATURA: CIRCUITOS ELÉCTRICOS (CEX24-1) PRUEBA DIAGNÓSTICA 1: PARTE C

FECHA: ________________

PARTE C MOMENTO 3: FORO DE SOCIALIZACIÓN, MAPA CONCEPTUAL SOBRE ENERGÍA PROPUESTO POR MOREIRA (GRAN GRUPO) (TIEMPO 40 MINUTOS)

Mapa conceptual del electromagnetismo desde la perspectiva de Moreira

(1983)

83

Instituto Tecnológico Metropolitano

INGENIERÍA MECATRÓNICA

ASIGNATURA: CIRCUITOS ELÉCTRICOS (CEX24-1) PRUEBA DIAGNÓSTICA 1: PARTE D

FECHA: ________________

PARTE D MOMENTO 4: ORGANIZADOR PREVIO TIEMPO DE DURACIÓN: 20 MINUTOS (GRANGRUPO)

84

Anexo B: Diagnóstico de saberes previos sobre principios eléctricos, sesión de clase 2, 4 actividades en 4 momentos

Instituto Tecnológico

Metropolitano

INGENIERÍA MECATRÓNICA PRUEBA DIAGNÓSTICA 2: PARTE A

ASIGNATURA: CIRCUITOS ELÉCTRICOS (CEX24-1) PRUEBA DIAGNÓSTICA 2: PARTE A FECHA: ________________ ESTUDIANTE ________________________CARNÉ___________ ESTUDIANTE ________________________ CARNÉ__________ ESTUDIANTE ________________________ CARNÉ___________ ESTUDIANTE ________________________ CARNÉ___________

PARTE A MOMENTO 1: TEST DE PRINCIPIOS ELÉCTRICOS TIEMPO DE DURACIÓN: 20 MINUTOS (4 INTEGRANTES) Definan en consenso los siguientes conceptos, pueden apoyarse en ejemplos y si saben su unidad de medida colóquenla. Electricidad___________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________ Corriente eléctrica__________________________________________________ __________________________________________________________________ _________________________________________________________________ Voltaje____________________________________________________________ __________________________________________________________________ Resistencia eléctrica________________________________________________ _________________________________________________________________

85

Instituto Tecnológico Metropolitano

INGENIERÍA MECATRÓNICA

ASIGNATURA: CIRCUITOS ELÉCTRICOS (CEX24-1) PRUEBA DIAGNÓSTICA 2: PARTE B

FECHA: ________________

PARTE B MOMENTO 2: ACERTIJO (Tiempo destinado al planteamiento y análisis: 10 minutos) En una habitación (con la puerta cerrada) existen tres interruptores o suiches, uno de ellos enciende una bombilla que está afuera de la habitación, los otros dos no hacen nada, es de aclarar que la luz de la bombilla no se filtra por hendijas, ni ventanas, ¿cómo es posible descubrir cuál es el interruptor que enciende la bombilla?, sabiendo que después de manipular los interruptores al interior de la habitación, solo se puede salir una sola vez de ella (no se puede volver a entrar a ella).

Es necesario escuchar todas las posibles explicaciones y soluciones que piden o dan los estudiantes, ir aclarando aspectos y explicando además detalles, que si bien no da el acertijo es necesario plantear.

86

EJEMPLOS:

Supongamos que encendemos dos interruptores y salimos y la bombilla está apagada pues sabríamos que interruptor fue, pero si está encendida, no sabríamos cuál de los dos es el que lo enciende.

Obviamente si encendemos los tres interruptores la bombilla estará encendida pero no sabríamos cuál enciende el bombillo.

No se pueden usar instrumentos de medida, no hacer seguimiento de cables. PISTAS:

Es necesario apelar al sentido común, la respuesta no es de alta dificultad, debemos partir solo de la información que suministra el problema.

Recordemos que en ningún momento el acertijo dice que después de manipular los interruptores debemos salir inmediatamente, solo dice que podemos salir una sola vez.

Esta última pista da quizás ya la respuesta.

87

Instituto Tecnológico Metropolitano

INGENIERÍA MECATRÓNICA

ASIGNATURA: CIRCUITOS ELÉCTRICOS (CEX24-1) PRUEBA DIAGNÓSTICA 2: PARTE C

FECHA: ________________ ESTUDIANTE_________________________________

CARNÉ____________________________

PARTE C MOMENTO 3: PRUEBA PARA LA DETECCIÓN DE MODELOS. (tiempo 10 minutos) Una pila se conecta a una bombilla como se muestra en el diagrama. La bombilla está iluminada. ¿Con qué diagrama piensas que se describe mejor la corriente eléctrica en los cables?

Se le entrega a cada estudiante los cuatro modelos de la figura y deben elegir entre A, B , C y D, el que crean adecuado.

88

Instituto Tecnológico

Metropolitano

INGENIERÍA MECATRÓNICA

ASIGNATURA: CIRCUITOS ELÉCTRICOS (CEX24-1) PRUEBA DIAGNÓSTICA 2: PARTE D

FECHA: ________________ ESTUDIANTE__________________________CARNÉ__________ ESTUDIANTE__________________________CARNÉ__________

PARTE D MOMENTO 4: LECTURA (tiempo 50 minutos)

Electricidad en el ser humano http://www.historiasdelaciencia.com/?p=782 Publicado el 22 de abril de 2011 en Historias de la ciencia por Omalaled Los efectos de la electricidad sobre el ser humano han tenido siempre una incesante fascinación se utilizaban en las fiestas para diversión de los asistentes. Un juego consistía conectar una corona del rey a una botella de Leyden y todo el que intentaba cogerla cerraba el circuito de manera que recibía una fuerte descarga. Pero la historia de la electricidad aplicada sobre el ser humano está salpicada de anécdotas. La botella de Leyden fue inventada por el físico holandés Pieter van Musschenbroek en la Universidad de Leyden, en 1746. No era más que un recipiente de cristal con sus superficies interior y exterior cubiertas por sendas láminas de estaño. Tenía la capacidad de almacenar grandes cantidades de electricidad. De ahí que quien osara coger la corona del rey recibía como recompensa una buena comprobación de sentir en sus propias carnes la electricidad. Otro pasatiempo de la época era poner una apuesta doncella conectada a uno de los polos de una de dichas botellas y el otro se anclaba al cuerpo del galán que pretendía besarla. Y cuando lo hacía, saltaban chispas. De amor o electricidad, lo dejo a elección de cada cual. Y otra de las costumbres muy practicadas en las fiestas consistía en ponerse un montón de personas cogidas de las manos. Cuando las dos personas de los extremos tocaban respectivamente la superficie exterior de la botella y una varilla conectada a la superficie del interior, una corriente eléctrica recorría la línea y les hacía saltar a todos. Hasta el rey Luis XV de Francia probó el experimento con una línea de 180 de sus cortesanos, con resultados satisfactorios (desde el punto de vista del rey, claro), y

89

se hizo un experimento similar con una línea de frailes cartujos que medía más de kilómetro y medio de longitud. Este inocente juego llevó al francés Joseph-Aignan Sigaud de Lafond a hacer un descubrimiento que hoy todos conocemos pero que en aquel entonces no se tenía idea alguna. En su versión dicho experimento, la primera persona de la cadena tocaba el interior de la botella y la última acercaba el dedo a la superficie externa, haciendo saltar una chispa que provocaba que todos saltaran cuando la corriente eléctrica recorría la cadena. En una ocasión, sin embargo, sólo saltaron las seis personas más próximas a la que hacía saltar la chispa. La sexta, un joven de delicadas facciones, no había transmitido la corriente a su vecino. Rápidamente se difundió por París el rumor de que aquel joven era incapaz de transmitir la corriente porque no estaba dotado de “todo lo que constituye el carácter definitivo del hombre”. Pero posteriormente, Sigaud repitió el instrumento con tres castrati en la cadena. Los tres saltaron, pero no bastó para acallar el rumor. Como los hombres somos especialistas en encontrar razones, los propagadores de aquellos rumores dijeron que tenía que haber una diferencia de poder conductor entre “los hombres que han sido mutilados por el Arte y los hombres con los que la Naturaleza se ha mostrado cruel”. Sigaud realizó otros muchos experimentos de cadena sin observar una repetición del efecto. Parecía que aquel joven estaba destinado a pasarlo mal el resto de su vida hasta que, milagrosamente, el efecto se repitió cuando estaba experimentando con una cadena de 16 personas. Las primeras saltaron, pero una de ellas no transmitió la corriente. Nuestro hombre tuvo la perspicacia de no mirar los testículos del desdichado, sino sus pies, y observó que el hombre estaba pisando suelo mojado. Llegó a la brillante conclusión de que el suelo mojado era mejor conductor de la electricidad que el cuerpo humano, y que la corriente pasaba al suelo en lugar de seguir por la cadena. La reputación del joven quedó salvada y se preparó el terreno para la invención de la toma de tierra. Y ese es el objetivo que tienen las conexiones a tierra: proporcionar un camino alternativo más fácil para una corriente eléctrica y que pase por allí en lugar de por nuestro cuerpo. En una ocasión, un estudiante resentido de la Universidad de Cambridge conectó una bobina de Tesla (que genera unos 40.000 voltios) al urinario de cobre que solía utilizar el profesor causante del descontento. Como el suelo del servicio estaba húmedo. su cuerpo (y el chorro de líquido que lo acompañaba) formaba un excelente camino conductor desde el urinario hasta el suelo. Según un informe posterior, el profesor no solo mojó los azulejos de encima del urinario, sino que además regó una ventana situada a unos dos metros de altura.

90

La electroterapia para la restauración del movimiento en los músculos paralizados no es que haya sido muy impresionante. No obstante, hay una historia bastante llamativa. En 1733 un cerrajero suizo llamado Nogues sufrió un golpe en la cadera que lo dejó casi completamente paralizado del lado derecho. Catorce años después fue atendido por el profesor Jean Jallabert, que había estado haciendo experimentos con la botella de Leyden. Con la ayuda de Daniel Guiot, el principal cirujano de Ginebra, calentó el brazo del paciente y le administró descargas durante una hora. Al cabo de un mes, el paciente podía levantar un vaso lleno de agua y al cabo de tres meses, con la ayuda de un programa de ejercicios, había recuperado por completo el uso del brazo. Desgraciadamente, estos tratamientos han sido casi siempre terreno de los charlatanes, y los curanderos modernos lo utilizan mucho. Aun así, como todos sabemos, estas gentes no se meten en terrenos donde, si la lían, lo hacen de verdad. Se trata de una electroterapia que se utiliza mucho, pero que los curanderos no: en el corazón. Aquí no se atreven a meter electricidad. No obstante, en la medicina sí se utilizan desfibriladores para paradas cardíacas. La primera vez que se utilizó la electricidad para restaurar el movimiento de un corazón fue hace ya más de dos siglos y quien lo hizo fue un científico llamado Giovanni Aldini, quien era sobrino del fisiólogo y anatomista Luigi Galvani: el mismo que 20 años atrás se había hecho famoso por conseguir que se moviera la pata seccionada de una rana aplicándole electricidad. El efecto había sido bautizado como galvanismo. Tras la muerte de Galvani, en 1789, Aldini recorrió el mundo con espectáculos que demostraban el efecto del galvanismo sobre toda clase de cosas: desde una cabeza de buey hasta un cuerpo humano. El show de Aldini en Londres fue uno de los más espectaculares. Aplicó un par de electrodos al cadáver de un asesino convicto al que se había bajado del patíbulo una hora antes. Las piernas se agitaron, se le abrió un ojo y se alzó en el aire su puño cerrado, en tono amenazador. El público quedó asombrado, pues parecía que estaba volviendo a la vida. Una señora, incluso, se desmayó. Otras demostraciones posteriores que imitaban a Aldini fueron aún más impresionantes. En una de ellas, en Glasgow, el público salió corriendo, asustado, cuando la aplicación de la corriente eléctrica hizo que el dedo índice de un cadáver se estirara y pareciera señalarlos uno a uno. Estos espectáculos fueron una de las inspiraciones de una mujer que pensó que, ya que se podía hacer mover un miembro de un cadáver, tal vez, podría reanimarse un hombre muerto y devolverle la vida. La mujer se llamaba Mary Shelley y escribió un libro que a, buen seguro, os sonará: Frankenstein. Una cosa que sabemos es que, si el corazón se para, lo siguiente es la muerte. A menos que se pueda volver a poner en marcha con mucha rapidez. La primera persona en demostrar que era posible hacerlo con métodos eléctricos fue Aldini.

91

En público, asfixió un perro hasta causarle una parada cardiaca y después lo reanimó con descargas de una pila voltaica en el tórax. Hubo que esperar quince años para que el médico americano Richard Reece publicara una guía médica familiar que incluía una maravillosa descripción de La silla de animación del doctor De Sanctis donde se podía resucitar a un paciente con un equipo que incluía un fuelle con un tubo laríngeo para inflar los pulmones, un globo caliente para crear vapores para inhalar y una pila voltaica con un tubo de plata (que partía de un electrodo) que se metía por el esófago, mientras con un cable conectado al otro electrodo se “tocaban sucesivamente diferentes partes de la superficie externa del cuerpo, en particular por las zonas del corazón, del diafragma y el estómago, mientras se inflaban los pulmones”. Entre esto y el marcapasos externo hay sólo un paso. Albert Hyman lo inventó en 1932 y tenía una tasa de éxito del 30% cuando se empleaba durante la cirugía. Incluso esta tasa de éxitos fue considerada por algunos como una afrenta al Altísimo. Hyman llegó a recibir cartas insultantes e incluso pleitos de personas que consideraban sus inventos de resucitación como una interferencia sacrílega con la Divina Providencia. Seríe interesante saber quién fue al cielo, si Hyman o los religiosos que le amenazaban (antes que Hyman, parece ser que lo hizo Mark Lidwell; más en Amazings). Aunque el peligro no eran los religiosos, sino las compañías eléctricas. Allá por los años 1950, el cirujano C. Walton Lillehei, de la Universidad de Minesota, empezó a insertar hilos de acero inoxidable en el corazón de un paciente antes de cerrar el pecho en una operación de corazón, utilizando los enchufes de la red como fuente de electricidad. Un día hubo un apagón y un paciente murió. Ello estimuló los esfuerzos por inventar un marcapasos a pilas que se insertara de forma permanente. Cada vez fueron más pequeños y eficaces gracias, entre otras cosas, a la invención de la batería, otros componentes miniaturizados y al conocimiento del funcionamiento de la electricidad biológica. Por cierto, los primeros utilizaban plutonio. Muchas vidas han cambiado gracias al marcapasos. El ingeniero colombiano Jorge Reynolds Pombo diseñó el primer marcapasos implantable que los médicos suecos Rune Elmqvist y Ake Senning utilizaron en 1958. Sin embargo, el instrumento falló a las pocas horas de puesto en marcha. Otro ingeniero, el norteamericano Wilson Greatbatch perfeccionó el invento, probando su prototipo en un perro en el mismo año. En 1960, Henry Hannafield, de 77 años, se convirtió en el primer ser humano en recibir el implante (vía). Puede que, de momento, no seamos capaces de crear vida, pero sí tenemos muchas más posibilidades de mantenerla en marcha. Es un paso, ¿no?

92

Instituto Tecnológico

Metropolitano

INGENIERÍA MECATRÓNICA

ASIGNATURA: CIRCUITOS ELÉCTRICOS (CEX24-1) PRUEBA DIAGNÓSTICA 2: PARTE E

FECHA: ________________ ESTUDIANTE__________________________CARNÉ__________ ESTUDIANTE__________________________CARNÉ__________

PARTE E EL ENSAYO

Diez pistas para su composición Fernando Vásquez Rodríguez

1. Un ensayo es una mezcla entre el arte y la ciencia (es decir, tiene un elemento creativo -literario- y otro lógico - de manejo de ideas-). En esa doble esencia del ensayo (algunos hablarán por eso de un género híbrido) es donde radica su potencia y su dificultad. Por ser un centauro mitad de una cosa y mitad de otra- el ensayo puede cobijar todas las áreas del conocimiento, todos los temas. Sin embargo, sea el motivo que fuere, el ensayo necesita de una "fineza" de escritura que lo haga altamente literario. 2. Un ensayo no es un comentario (la escritura propia de la opinión) sino una reflexión, casi siempre a partir de la reflexión de otros (esos otros no necesariamente tienen que estar explícitos, aunque, por lo general, se los menciona a pie de página o en las notas o referencias). Por eso el ensayo se mueve más en los juicios y en el, poder de los argumentos (no son opiniones gratuitas); en el ensayo se deben sustentar las ideas. Mejor aún, la calidad de un ensayo se mide por la calidad de las ideas, por la manera como las expone, las confronta, las pone en consideración. Si no hay argumentos de peso, si no se han trabajado de antemano, el ensayo cae en el mero parecer, en la mera suposición. 3. Un ensayo discurre. Es discurso pleno. Los buenos ensayos se encadenan, se engarzan de manera coherente. No es poniendo una idea tras otra, no es sumando ideas como se compone un buen ensayo; es tejiéndolas de manera organizada; jerarquizando las ideas, sopesándolas (recordemos que ensayo viene de ”exagium”, que significa, precisamente, pesar y medir, poner en la balanza). Si en un ensayo no hay una lógica de composición, así como en la música, difícilmente los resultados serán aceptables. De allí también la importancia de un plan, de un esbozo, de un mapa - guía para la elaboración del ensayo. 4. En tanto- que discurso, el ensayo requiere del buen uso de los conectores (hay que disponer de una reserva de ellos.); los conectores son como las bisagras, los engarces necesarios para que el ensayo no parezca desvertebrado.

93

Hay conectores de relación, de consecuencia, de causalidad; los hay también para resumir o para enfatizar. Ya ala par de los conectores, es indispensable un excelente manejo de los signos de puntuación. Gracias a la coma y al punto y coma (este es uno de los signos más difíciles de usar), gracias al punto seguido..., es como el ensayo respira, tiene un ritmo, una transpiración. Es el conocimiento inadecuado o preciso de los signos de puntuación lo que convierte a nuestros ensayos en monótonos o livianos, interesantes o densos. Agiles o farragosos. 5. Hay dos grandes tipos de ensayos: uno línea Montaigne (pueden leerse, por ejemplo, "De cómo el filosofar es aprender a morir', "De la amistad" "De los libros"); y otro, línea Bacon (léanse al menos dos: "De los estudios", "De las vicisitudes de las cosas"). En el primer caso el ensayo es más subjetivo, abunda la citación - de manera muy propia- ; en el segundo, el ensayo es más objetivo, y no hay ninguna referencia explícita, o Son muy, escasas. Tanto Montaigne como Bacon son maestros para desarrollar las ideas. Tanto uno como otro hacen lo evidente, profundo; lo cotidiano, sorprendente. Ambos apelan a otras voces, ambos recurren al pasado -a otros libros- para exponer sus puntos de vista. Ambos emiten un juicio: se aventuran a exponer su pensamiento. Es importante releer a estos dos autores; fuera de ser un goce y un re-encuentro con la buena prosa, son ensayos - modelo, aprovechables por cualquiera que desee aprender o perfeccionar su escritura ensayística. En el mismo sentido, deberíamos apropiamos de la creación ensayística de Emerson y Chesterton, recomendada una y otra vez por Jorge Luis Borges. 6. Otros ensayos exquisitos son los escritos por Alfonso Reyes y Pedro Henríquez Ureña. Un mexicano y un dominicano. Ensayos de peso con profundidad y sobre todo, realizados con todos los recursos literarios y el poder de la imaginación. Quién que haya leído "Notas sobre la inteligencia americana” de Reyes, o "Seis ensayos en busca de nuestra expresión" de Ureña, no ha sentido como una revelación de la escritura potente, de la escritura gestora de mundos. Hay una "marca de estilo” en estos dos ensayistas. Una "impronta" personalísima, que pone al ensayo en el mismo nivel del cuento o el poema. Cuando uno lee los ensayos de Reyes o de Ureña, lo que lee - además de un pensamiento vigoroso- es una excelente literatura. 7. Reyes y Ureña son los iniciadores, por decirlo así, de una larga tradición que va hasta Sábato y Borges. Consúltese la compilación El Ensayo hispanoamericano del siglo XX, hecha por John Skirius; en ese texto se condensan voces de ensayistas latinoamericanos valiosos: Manuel González Prada, Fernando Ortiz, José Carlos Mariátegui, Ezequiel Martínez Estrada, Luis Alberto Sánchez, Germán Arciniegas, Arturo Uslar Pietri, Eduardo Caballero Calderón, Enrique Anderson Imbert...y por supuesto, Octavio Paz, Julio Cortázar y Gabriel García Marques. Puede mirarse, de igual manera, la selección hecha por José Luis Martínez, El ensayo mexicano moderno; en este libro resaltan los ensayos de José Vasconcelos., Ramón López Velarde, Julio Torri, Xavier Villaurrutia, Jorge Cuesta,

94

Edmundo O'Gorman y Leopoldo Zea, entre otros. Y para una perspectiva mas nuestra, sería Interesante y necesario conocer la selección elaborada por Jorge Eliécer Ruiz y Juan Gustavo Cobo-Borday Ensayistas colombianos del siglo XX ; en esta selección descubriremos voces poco conocidas, la de Baldomero Sanín Cano ("De lo exótico"., "La civilización manual") , y la de Hernando Tellez ("La originalidad literaria, "Traducción"). Basten estos textos y estos autores para mostrar cómo hay una enorme tradición en la producción ensayística. Tómense, entonces, como abrebocas o "textos de iniciación". 8. Para elaborar un ensayo, entre las muchas cosas que deben tenerse en cuenta, resaltaría las siguientes:

Cuál es la idea o ideas base que' articulan el texto. En otros términos, cuáles son los argumentos fuertes que se desean exponer o la idea que quiere debatirse o ponerse en cuestionamiento. Esta idea (la tesis) tiene que ser suficientemente sustentada en el desarrollo del mismo ensayo.

Con qué fuentes o en qué autores se sustenta nuestro argumento; a partir de qué o quiénes, con qué material de contexto se cuenta; en síntesis, cuáles son nuestros puntos de referencia. Este es el lugar apropiado para la bibliografía para la citación y las diversas notas.

Qué se va a decir en el primer párrafo, qué en el segundo, qué en el último (recordemos que la forma del ensayo es fundamental; recordemos también que antes del ensayo hay que elaborar un esbozo, un mapa de composición).

Qué tipo de ilación (sin hache) es la que nos proponemos: de consecuencia, de contraste, de relación múltiple. Es muy importante el "gancho" del primer párrafo: cómo vamos a seducir al lector, qué nos interesa tocar en él; igual fuerza debe tener el último párrafo: cómo queremos cerrar, cuál es la última idea o la última frase que nos importa dejar en la memoria de nuestro posible receptor. (Aunque no siempre el último Párrafo es una conclusión, sí debe el ensayo tener un momento de cierre - de síntesis -, desde el cual puedan abrirse nuevas ventanas, otras escrituras. El último párrafo es una invitación a un nuevo ensayo - los ensayos se alimentan de otros ensayos: Un nuevo ensayo abre camino a otros aún no escritos.

Qué extensión aproximada va a tener. Recordemos que el ensayo no debe ser tan corto que parezca una meditación, ni tan largo que se asemeje a un tratado. Hay una zona medianera: entre tres y diez páginas (por decir alguna magnitud). Pero sea cual sea la extensión, en cada ensayo deba haber una tesis (con sus pros y sus contras), y la síntesis necesaria. No olvidemos que el ensayo es una pieza de escritura completa.

95

Las anteriores puntualizaciones no son excluyentes con otros estilos o con otras maneras de elaboración del ensayo, ni pueden leerse como una camisa de fuerza; son tan sólo recomendaciones. Indicaciones generales. Indicios. 9. Cuando el ensayo oscila entre las dos y las tres páginas, sobran los subtítulos. Cuando tiene un número de páginas mayor puede recurrirse a varios sistemas: uno subtitulando; otro, separando las partes significativas del ensayo con numerales (yo llamo a este tipo de ensayo de "cajas chinas"). No debe olvidarse que cada una de las partes del ensayo precisa estar interrelacionada. Aunque "partamos" el ensayo (con subtítulos, frases o número), la totalidad del mismo ( el conjunto) debe permanecer compacta. Si dividimos un ensayo, las piezas que salgan de él exigen estar en relación de interdependencia.. 10. No podría terminar estas diez pistas para la elaboración de ensayos, sin mencionar el papel fundamental del género para el ejercicio y el desarrollo del pensamiento. Por medio del ensayo es que " nos vamos ordenando la cabeza": es escribiendo ensayos como comprobamos nuestra “lucidez” O nuestra “torpeza mental”. Cuando Theodor Adorno, es un escrito llamado – precisamente – “ El ensayo como forma", señala el" papel crítico de este tipo de escritura, lo que en verdad sugiere es la fuerza del ensayo como motor de la reflexión, como generador de la duda y la sospecha. El ensayo siempre “pone en cuestión”, diluye las verdades dadas, se esfuerza por mirar los grises de la vida y de la acción humana. El ensayo saca a la ciencia de su “excesivo formalismo” y pone la lógica al alcance del arte. Es simbiosis. Otro tanto había escrito Georg Lukács en su carta a Leo Popper: La esencia del ensayo radica en su capacidad para juzgar. Los ensayistas de oficio saben que las verdades son provisionales, que toda doctrina contiene también su contrario, que todo sistema alberga una fisura. Y el ensayo, que es siempre una búsqueda, no hace otra cosa que "hurgar" o remover en esas grietas de las estructuras. Digamos que el ensayo - puro ejercicio del pensar- es el espejo del propio pensamiento.

96

Anexo C. Presentación de diapositivas para el afianzamiento delos conceptos

Instituto Tecnológico

Metropolitano

INGENIERÍA MECATRÓNICA

ASIGNATURA: CIRCUITOS ELÉCTRICOS (CEX24-1) DIAPOSITIVAS PARA EL CURSO FECHA: ________________

PRESENTACIÓN DEL CURSO Y SUS TEMÁTICAS

97

98

99

100

101

102

103

104

105

106

107

108

109

110

111

112

113

114

115

116

117

118

119

120

Anexo D. Acertijos y problemas para el trabajo independiente

Instituto Tecnológico Metropolitano

INGENIERÍA MECATRÓNICA

ASIGNATURA: CIRCUITOS ELÉCTRICOS (CEX24-1) ACERTIJOS Y PROBLEMAS PARA EL TRABAJO

INDEPENDIENTE FECHA: ________________

Anexo D. ACERTIJOS, ENIGMAS Y MÁS (TRABAJO INDEPENDIENTE) Los siguientes problemas y acertijos se plantean desde áreas como: La matemática, la lógica, el pensamiento lateral, el sentido común, el mundo de la electricidad, la electrónica y la mecatrónica, el mundo de la física, entre otros; esto como estrategia que durante mucho tiempo me ha permitido no sólo reposar el espíritu y ambientar la clase, sino mucho más relevante ir descubriendo las capacidades, los vacíos cognitivos, los errores instaurados, el grado de motivación, el autoconcepto, los esquemas mentales, las formas de aprehensión del conocimiento (privilegio del oído, la visión, el cuerpo, lo kinestésico etc.) y el gusto por el conocimiento que poseen los aprendientes. Al inicio de cada sesión de clase o durante las clase y dependiendo de la pertinencia, se propondrán pues algunos de los siguientes acertijos, y para la resolución de algunos de ellos, se propondrá un trabajo en equipo, y en general los estudiantes los tendrán para su trabajo independiente, estarán también invitados para traer otros acertijos haciendo énfasis en la importancia no tanto de llegar a la solución sino de cómo llegamos a ella, esto con el fin de revisar nuestra manera de abordar los problemas y los caminos que elegimos en su resolución, se tendrá en cuenta la creatividad de cada equipo en la búsqueda y resolución de un problema. BANCO DE EJERCICIOS PARA APLICAR SI ES PERTINENTE AL INICIO DE CADA SESIÓN DE CLASE Y PARA EL TRABAJO INDEPENDIENTE. 1. Sobre una mesa hay tres cajas, una que contiene sólo resistores, una que

contiene sólo capacitores y una tercera que contiene resistores y capacitores. Las cajas están marcadas con las leyendas: “RESISTORES”, “CAPACITORES” Y “RESISTORES Y CAPACITORES”, pero ninguna de las leyendas corresponde al contenido de cada caja. Si solo se puede sacar un dispositivo de una caja ¿de cuál de ellas sacarías para determinar el contenido de todas las cajas?

2. Si en Medellín está lloviendo a las 12 de la noche. ¿Es posible que en Santiago de chile haya un día soleado 50 horas después?

3. Encuentre el número que continúa la secuencia.

121

4. Distribuir 24 personas en 6 filas de tal manera que en cada fila haya 5

personas.

5. En una gaveta que se encuentra en una habitación totalmente oscura hay 120 pares de medias de cuatro colores diferentes ¿Cuál es el mínimo número de medias que se debe extraer para asegurar que tenemos al menos un par de medias del mismo color?

6. Resolver: (x – a) (x – b) (x – c) (x – d)…………………………….(x – z) =

7. La mamá de Luis tiene 5 hijos, uno se llama Pa, otro se llama Pe, otro se llama Pi y otro se llama Po. ¿Cómo se llama el quinto?

8. Distribuir 8 damas de un tablero de ajedrez (cuadrado de 8 por 8) de tal manera que ninguna se amenace con la otra (recordar que en el ajedrez las damas de amenazan en horizontal, diagonal y vertical).

9. En la tumba del matemático Griego Diofanto se encontró el siguiente acertijo: A Diofanto Dios le permitió pasar 1/6 de su vida en la niñez, 1/12 en la adolescencia y 1/7 después que se casó, a los 5 años de casado tuvo un hijo, el que desafortunadamente murió cuando se padre le llevaba el doble de edad, si el hijo murió 4 años antes que el padre ¿A qué edad murió Diofanto?

10. ¿Podría usted distribuir 10 monedas en tres vasos de tal forma que en cada vaso exista un número impar de monedas? (9 soluciones).

11. Cambiar de posición sólo un dígito y ubicarlo en otro lugar de tal manera que se forme la igualdad 62 - 63=1

12. Una deliciosa torta ha de ser repartida entre dos niños muy glotones. Cada niño presta la máxima atención para que su trozo de torta no sea más pequeño que el trozo del otro niño. ¿Qué estrategia se debe seguir para cortar la torta de manera que cada niño crea haber recibido por lo menos la mitad de ella?

13. Pensamiento lateral: Andrés tenía 20 años en el año 1980 y cumplió 15 en el año 1985 ¿Cómo es posible?

122

14. Pensamiento lateral: Don Jorge después de varias horas bebiendo y con gran borrachera salió del bar “La espuela” y caminado como pudo, pues se tambaleaba ostensiblemente se dirigió hacia su coche negro. No había luna y todas las luces de la calle estaban apagadas pero fue capaz de llegar a su coche que estaba a 130 metros del bar. ¿Cómo es posible?

15. Divida la siguiente figura en 4 áreas iguales.

16. Me subí a un árbol de naranjas que tenía naranjas, no cogí naranjas ni dejé naranjas. ¿Cuántas naranjas cogí y cuántas dejé?

17. Pensamiento lateral: Un hombre yace muerto en un campo. A su lado hay un paquete sin abrir. No hay nadie más en el campo. ¿Cómo murió?

18. Sabiendo que en la medida en que se acercaba al sitio donde se le encontró muerto, él sabía que irremediablemente se iba a morir.

19. En el bosque del olvido, nos encontramos con el león y el unicornio. El león miente los lunes, martes y miércoles, y el unicornio miente los jueves, viernes y sábados. En todas las demás ocasiones, ambos animales dicen la verdad.

20. “Ayer me tocó mentir”, dice el león. “También ayer me tocó mentir”, dice el unicornio. ¿De qué día de la semana se trataba?

21. Completar la serie

123

22. En la siguiente serie de letras ¿Cuál es la siguiente? U D T C C S S O

23. Pensamiento lateral: Un hombre entra en un bar y pide al camarero un vaso de agua. El camarero de repente saca una pistola y le apunta. El hombre le da las gracias y se va. ¿A qué obedece esta conducta?

24. Pensamiento lateral: Dos científicos estaban almorzando en el bar de la Nasa. Un científico era hijo del otro, pero el otro no era su padre. ¿Cómo es posible?

25. Pensamiento lateral: Un arqueólogo, después de mucho tiempo y esfuerzo encuentra dos sarcófagos en lo más profundo de una extraña pirámide. Los abre y encuentra en su interior dos momias magníficamente conservadas. Las desenvuelve cuidadosamente y al momento de terminar, su casa palidece y mientras retrocede, exclama: “¡Dios mío, son Adán y Eva!” ¿Cómo supo de quien se trataba?

26. Pensamiento lateral: Un detective caminaba por el pasillo de un hotel, y oyó la voz de una mujer que gritaba: ¡No me dispares, David! Y entonces sonó un disparo. El detective corrió a la habitación de donde había venido el grito y el disparo y se encontró con una mujer que yacía muerta, y junto a ella el revolver usado para dispararle. También había tres personas: una era un cartero y las otras se dedicaban a la abogacía y al comercio. El detective se acercó al cartero, lo agarró y lo arrestó por el asesinato de la mujer. De hecho, sí fue el cartero el asesino.

27. Formar cuatro triángulos iguales al triángulo que aparece en la siguiente figura utilizando únicamente los fósforos que aparecen allí, puede moverlos todos si lo necesita.

124

28. En una jaula hay palomas y conejos, en total hay 36 cabezas y 94 patas. ¿Cuántas palomas y conejos hay en la jaula?

29. Con los números del 1 al 9 en orden, generar con sumas y restas el número 100.

30. Ubicar los números del 1 al 8 en el siguiente esquema, de tal manera que números consecutivos no queden unidos por las líneas de conexión. Ejemplo el 4 no puede estar unido al 3 ni al 5 por ninguna línea.

31. Después de mucho tiempo sin verse se encuentran dos amigos. Uno de ellos le pregunta al otro. ¿Dime, qué edad tienen ya tus tres hijos? Y el otro responde: El producto de ellas es 36 y su suma es igual al número de tu casa. Pero qué curioso me falta un dato responde el primero. Tienes razón replica el otro, el mayor juega muy bien al fútbol. ¿Cuáles son las edades de los tres hijos?

32. ¿Dónde está el error conceptual matemático? Porque de lo contrario se nos vienen abajo las matemáticas.

( ) ( )( )

125

33. Si fuera dos horas más tarde faltaría para la medianoche la mitad de lo que

faltaría si fuera una hora más tarde ¿Qué hora es?

34. Usando únicamente las cuatro operaciones básicas de la aritmética y utilizando “cuatro cuatros” ¿podrías generar los números del cero al diez?

35. Pensamiento lateral: Había llovido copiosamente y el detective Andrés fue solicitado en la escena del crimen. Después de un análisis minucioso observa que la única pista eran unas rodadas de neumático que se habían marcado en la blanca nieve. Siguiendo su instinto de sabueso, Andrés sigue las rodadas y tras recorrer unos kilómetros llega a una casa en cuyo zaguán estaban sentados cuatro hombres, ninguno de los cuales tenía el calzado manchado de nieve ni tenían coche. Después de una rápida reflexión dedujo quien era el asesino. ¿Cómo logró resolver el caso

36. Un trayecto de autobús consta de 25 paradas, el precio del viaje cuesta, 1 peso para la primera parada, 2 pesos para la segunda parada y así sucesivamente hasta la parada número 100 que cuesta 100 pesos.

37. En el inicio del recorrido sube un pasajero y entrega al conductor 100 pesos, y sin mediar conversación alguna, este entrega un billete para la parada 100. ¿Cómo es posible que el conductor sepa con certeza que el pasajero va a la estación 100?

38. Hay que comprar 20 animales con 20 pesos incluyendo de las tres especies de animales siguientes: Palomas a 25 ctvs. Cada una Gallinas a 50 ctvs. Cada una Cerdos a 4 pesos cada uno ¿Cuántos debo comprar de cada especie?

39. ¿Cuántos meses tienen 30 días?

40. Cada paloma en su olivo y sobra una paloma. Dos palomas en cada olivo y sobra un olivo ¿Cuántas palomas y olivos hay?

41. Adivinanza: Soy la redondez del mundo, sin mí no puede haber Dios, papas, cardenales sí, pero pontífices no.

42. Pensamiento lateral: En una habitación sin ventas hay 3 bombillas. Sólo puede accederse a ella por la puerta y la luz de las bombillas no se ve hacia el exterior. Fuera de la habitación hay dos interruptores que encienden cada uno una bombilla (la tercera no puede encenderse). Un sagaz detective debe

126

averiguar cuál de las tres es la que no enciende, pero sólo puede entrar a la habitación una vez y sólo puede accionar uno de los dos interruptores al mismo tiempo.

43. Una madre tiene 5 hijos y 6 patatas ¿Cómo puede distribuir uniformemente las patatas entre los 5 niños? (No valen fracciones).

44. Pensamiento lateral: El marido y mujer aceleraban por las calles de la hermosa ciudad de Buenos Aires. El marido salió de coche y le pidió a su esposa que la esperara un par de minutos. Cuando volvió estaba muerta. Y además, un extraño estaba en el coche ¿Quién era? Sabiendo que ni la mujer ni el marido habían visto antes el extraño, que las puertas y las ventanillas estuvieron cerradas todo el tiempo, que el marido se ausentó y que además la muerte fue causada por el extraño, pero no intencionalmente.

45. ¿Qué se da una vez cada minuto, dos veces en un momento y nunca en cien años?

46. A un señor le dicen que si lo secuestran se lo llevarán para Argentina o a Italia, en efecto un día es secuestrado y llevado dormido a uno de estos dos países, al cabo de algunas horas se despierta sólo y observa que a su alrededor no hay ventanas, ni puertas, solamente un sanitario, un lavamanos y la cama dónde se encuentra acostado. No se escucha ningún ruido externo ¿Cómo podría saber en qué país está?

47. Dibuje el circuito real de un diodo polarizado directamente y el de un diodo polarizado inversamente.

48. Pensamiento lateral: En un desierto hay bolsas con arena, pero la arena que está dentro de las bolsas no es desierto, más allá de las bolsas con arena hay mucha ropa tirada en el desierto y más allá de la ropa está un hombre, está desnudo, está muerto y tiene un palito en la mano. ¿Qué crees que ocurrió? (el orden de las premisas es importante).

127

EJERCICIOS ORIENTADOS A FORTALECER EL CONOCIMIENTO ELÉCTRICO, ELECTRÓNICO Y MECATRÓNICO. 1. Hallar la resistencia equivalente entre A y B en cada uno de los siguientes

circuitos.

2. Hallar Ix en los siguientes circuitos.

128

3. Indicar cuáles condiciones de activación de interruptores deberían presentarse

para que cada una de las bombillas (1,2 y 3) se encienda.

4. En el siguiente esquema hallar la resistencia equivalente entre a y b.

(Tenga en cuenta que todo lo que une un alambre es el mismo punto)

129

Anexo E. Guía de Laboratorio GUÍA PRÁCTICA: PRINCIPIOS ELÉCTRICOS: CORRIENTE ELÉCTRICA, VOLTAJE, RESISTENCIA Y SU MEDICIÓN.

Instituto Tecnológico Metropolitano

INGENIERÍA MECATRÓNICA

TRABAJO PRACTICO EXPERIMENTAL PRÁCTICA No. 1 FECHA: ________________

NOMBRE DEL ACADÉMICO DOCENTE: Wimar Moreno Silva ASIGNATURA: Circuitos Eléctricos SEMESTRE: II TIEMPO DE DURACIÓN DE LA PRÁCTICA: 2 HORAS TIEMPO PARA ELABORACIÓN DEL PREINFORME: 1 HORA TIEMPO PARA ELABORACIÓN DEL INFORME: 1 SEMANA PORCENTAJE DE EVALUACIÓN: 5% (Incluye preinforme, desempeño e informe) CRITERIOS A TENER EN CUENTA PARA LA EVALUACIÓN: -Actitud científica -Cumplimiento de las normas de trabajo. -Capacidad de trabajo colaborativo -Creatividad y rigor en mediciones y uso de dispositivos. INTEGRANTES POR EQUIPO: 3 (MÁXIMO)

GUIA DE TRABAJO EXPERIMENTAL CON ACOMPAÑAMIENTO MEDICIÓN DE RESISTENCIAS, CORRIENTES, VOLTAJES Y CÁLCULO DE

ERROR 1. JUSTIFICACIÓN Después de la completa fundamentación teórica y conceptual durante dos semanas se procede a poner en práctica lo visto en las clases, para no sólo afianzar los conceptos, sino adquirir destrezas en la medición de variables y parámetros y el uso de dispositivos de medición, y seguir los lineamientos vistos en clase con respecto a la presentación de preinformes y de informes. Es necesario que exista una correspondencia entre lo teórico y lo práctico para ello debemos familiarizarnos con uno de los instrumentos más comunes y de mayor uso: el multímetro, pues todo Ingeniero debe conocer toda la funcionalidad que éste ofrece, sus limitaciones y alcances.

130

Se empleará además el código de colores para determinar el valor de algunas resistencias y el multímetro para medirlas. También se llevarán a cabo mediciones de voltajes y corrientes continuas. 2. OBJETIVOS

2.1. Reforzar el concepto de la ley de Ohm. 2.2. Aprender a manejar el código de colores de las resistencias 2.3. Aprender a medir tensiones continuas 2.4. Aprender a medir corrientes continuas 2.5. Aprender a utilizar el protoboard 2.6. Calcular errores en las mediciones

3. TEORÍA Los instrumentos de medición a utilizar en el curso de la materia serán instrumentos destinados a la medición de magnitudes eléctricas. Ellos son principalmente: Voltímetro – mide diferencia de potencial eléctrico en voltios o submúltiplos.

Amperímetro – mide intensidad de corriente eléctrica en amperio o

submúltiplos.

Óhmetro – mide la resistencia eléctrica en Ohmios () o submúltiplos. Los amperímetros y voltímetros pueden ser utilizados para mediciones en corriente continua o alterna, o ambas. Los tres instrumentos antes mencionados pueden presentarse en forma independiente o agrupados en un solo instrumento llamado Multímetro o, como se lo denomina comúnmente, Tester. En cualquiera de los casos, los instrumentos poseen un selector de escalas, para seleccionar el rango de medición. La lectura de la medida realizada dependerá del tipo de instrumento utilizado, analógico o digital. En los de aguja o analógicos, las lectura se indica en una escala graduada y el índice indicador está compuesto por una aguja o por un fino haz de luz y en los digitales, la lectura se realiza directamente por medio de un display numérico indicador.

131

En instrumentos de aguja el movimiento del índice indicador es, generalmente, de izquierda (cero) a derecha (máximo campo de medida o fondo de escala), salvo en el óhmetro en que el cero se encuentra a la derecha y el máximo campo se encuentra a la izquierda y vale infinito. En los voltímetros y amperímetros el cero se encuentra al principio de la escala y al final de la escala, llamado fondo de escala, le corresponde el máximo valor posible de medir en esa escala. En los óhmetros el principio de escala indica el valor de infinito y el final de escala, el cero.

Como las magnitudes a medir están comprendidas en un rango muy amplio de valores, los voltímetros y amperímetros poseen un selector que nos permite escoger la escala que mejor se adecue al valor de la magnitud a medir. Esto es, el valor a medir quedará comprendido entre el cero y un valor máximo, denominado fondo de escala, que será superior al mismo. Por ejemplo: si se desea medir una intensidad de corriente de 3 A, y el instrumento posee un selector de escala con rangos entre 0 - 2 A, 0 - 5 A y 0 - 10 A, se seleccionará la escala de 0 - 5 Amp. Los valores de 2 A, 5 A, y 10 A nos están indicando el máximo valor que es posible medir en dicha escala o, su fondo de escala. De igual manera se procede en los voltímetros. En los óhmetros ocurre algo similar pero el procedimiento de lectura es un tanto diferente, a saber: por lo general, en el selector de escala de un instrumento de aguja se leerá, por ejemplo, X0,1; X1; X10; X1K, etc., estos valores no indican, como en los casos anteriores, el máximo valor a medir, sino que son factores multiplicadores de la escala. Por ejemplo, si se efectúa una medición de resistencia con el selector en la posición X1, la lectura en la escala es directa. En cambio, si el selector se encuentra en la posición X10, el valor leído sobre la escala deberá multiplicarse por un factor de 10; así, si la aguja indica 10 unidades, la magnitud medida será 10 X 10 Ohm = 100 Ohm.Algunos Multímetros (Tester) cuentan separadamente con un selector de función o tipo de magnitud a medir (voltaje, corriente, resistencia) así como con un selector de tipo de señal a medir, corriente continua (CC) o corriente alterna (AC). En otros, todas estas funciones se encuentran agrupadas en un solo selector donde, la medición de voltaje o intensidad tanto en CC como en AC, tienen cada uno su propio rango de escala en un mismo selector. A continuación se muestra un ejemplo de un multímetro digital y algunas indicaciones básicas de medida de parámetros eléctricos.

132

133

3.1. VOLTIMETRO El voltímetro es un instrumento destinado a medir la diferencia de potencial (ddp) o tensión ENTRE DOS PUNTOS. La unidad de medida es el Voltio [V]. La ddp puede ser medida en CC o AC, según la fuente de alimentación utilizada. Importante! antes de utilizar el instrumento tenga en cuenta estas instrucciones: verificar el tipo de señal que suministrará la fuente de alimentación, y constatar

que el selector de escala se encuentre en la posición adecuada, AC o DC, igual si va a medir resistencias.

Luego se debe estimar o calcular por medio analítico el valor de ddp a medir y con ello seleccionar el rango de escala adecuado, teniendo en cuenta que el fondo de escala sea siempre superior al valor a medir.

En el caso que no sea posible estimar ni calcular la ddp a medir, se deberá

seleccionar la escala de mayor rango disponible y luego de obtener una medición adecuar el rango de escala, si fuera necesario.

Para el caso de instrumentos de aguja, es aconsejable que la lectura se

efectúe siempre en la segunda mitad de la escala, ya que allí se comete menor error.

Cuando se debe medir en CC se deberá tener en cuenta la polaridad del

instrumento, observando que para ello los cables del mismo se hallan diferenciados por su color siendo, por convención, el color rojo para la polaridad positiva y el color negro para la polaridad negativa; los bornes del instrumento están indicados con los signos (+) y (-) o COM respectivamente.

Para el caso de instrumentos de aguja (analógicos), al conectarlos con la

polaridad incorrecta se observará que la aguja deflexionará en sentido contrario (de derecha a izquierda), lo que puede causar deterioro del mecanismo de medición del instrumento; para los instrumentos digitales, una inversión en las terminales de medición se muestra en el display con signo negativo

En caso de desconocer la polaridad de la fuente de alimentación, o ante

cualquier duda sobre la selección de escala, consultar con el personal de laboratorio.

Cuando se vaya a medir en AC no se tendrá en cuenta la polaridad debido a

que se trata de corrientes no polarizadas.

134

3.2. AMPERIMETRO Es un instrumento destinado a medir intensidad de corriente, tanto en corriente continua como en alterna. La unidad de medida es el Ampere [A] Para el manejo de éste instrumento se deberán observar las mismas precauciones que para el uso del voltímetro. 3.3. OHMETRO Instrumento destinado a medir valores de resistencias. La unidad de medida es el

Ohm [] Este instrumento no posee polaridad. La medición de resistencia debe efectuarse siempre con al menos uno de los bornes del elemento resistivo desconectado del resto del circuito.

3.4. CONEXIONES DE LOS DISTINTOS INSTRUMENTOS:

3.4.1. VOLTIMETRO: Medición de la ddp (Caída de potencial sobre los elementos pasivos o activos). Importante: Observar la polaridad para el caso de CC. Como el voltímetro es el instrumento que se emplea para medir la diferencia de tensión entre dos puntos, SE DEBE INSTALAR POR LO TANTO ENTRE ESOS DOS PUNTOS, EN PARALELO EL ELEMENTO QUE SE DESEA MEDIR. (Fig. 1) Según lo dicho en el párrafo anterior, un voltímetro ideal sería aquel que no dejase pasar intensidad a través de él, lo que equivale a decir que presentase una resistencia muy grande entre sus terminales (circuito abierto).

Fig. 1 Conexión de un voltímetro

V R V

135

3.4.2. AMPERIMETRO: Medición de la intensidad de corriente en el circuito. Importante: Observar la polaridad para el caso de CC. Como el amperímetro se emplea para medir la intensidad que circula a través de un elemento de un circuito, SE DEBE INSTALAR EN SERIE con el elemento cuya intensidad se desea medir. (Fig. 2) El amperímetro ideal sería aquel en el que se produjera una caída de tensión nula entre sus extremos, esto equivale a decir que presentase entre sus terminales una resistencia cero (cortocircuito). Ahora bien, siempre hay una resistencia interna asociada, lo que lleva consigo la aparición de errores en las medidas.

Fig. 2 Conexión de un amperímetro 3.4.3. OHMETRO: Medición de la resistencia R. Importante: el instrumento se conecta en paralelo con el elemento resistivo a medir. El elemento resistivo NO DEBE ESTAR CONECTADO al circuito de lo contrario se puede incurrir en error en la medición, y puede destruir el instrumento. (Fig. 3)

Fig. 3 Conexión de un óhmetro

R

V

A

136

3.5 CODIGO DE COLORES DE UNA RESISTENCIA

Color

Banda

1 2 3

Multiplicador

4 Tolerancia

Negro 0 0 100

Marrón 1 1 101

Rojo 2 2 102

Naranja 3 3 103

Amarillo 4 4 104

Verde 5 5 105

Azul 6 6 106

Violeta 7 7 107

Gris 8 8 108

Blanco 9 9 109

Dorado 10-1 5%

Plateado

10-2 10%

Se empieza a leer por el color que está más próximo de uno de los terminales, este será el primer dígito o que corresponde a la primera cifra significativa, el siguiente color corresponde a la segunda cifra, el tercer color es el factor en potencia de 10 por el cual se debe multiplicar y el último es la tolerancia. Otro ejemplo: 4. Errores El valor real de una medida o valor promedio es la media aritmética entre todos los valores correspondientes a esa medida.

Ejemplo:

Primer color – Rojo

Segundo color– Negro

Tercer color – Verde

Cuarto color – Dorada

Valor: 20 x 105 = 2 M +/- 5%

Tolerancia Multiplicador (No. de ceros) 2° Dígito 1° Dígito (Más significativo)

Ejemplo: Una resistencia tiene los siguientes colores: primera franja: rojo, segunda franja: violeta, tercera franja: rojo, cuarta franja: plata. Determinar su valor.

Respuesta: Primera cifra: 2

Segunda cifra: 7 R = 2,700 +/- 10% Ohm [],

Tercera cifra: 1x102 = 100 ó 2.7 K

Cuarta cifra: 10%

137

1

n

iXi

Valor real o Valor promedion

(1.1)

Donde: Xi es el valor de cada medición

n es el número de mediciones

Cuando se calcula ese valor promedio, que se toma como valor real, resulta que las diferentes medidas efectuadas son diferentes a ese valor. La diferencia entre cada medida y el valor promedio o real es el error absoluto.

( ) ( )Error absoluto Valor medido Valo real (1.2)

El error absoluto nos indica la precisión de la medida, pues, por ejemplo, si se mide la longitud de una mesa de 1.50 m. y se obtiene 1.51, el error absoluto es de 1 cm. en esos 150 cm.; pero si se mide el espesor de un libro de 2 cm. y se obtiene 2.5 cm., el error es de 0.5 cm., pero aunque sea menor que el anterior, la medida es mucho menos precisa, ya que hay un error de 0.5 cm. en 2 cm.

Por ello es necesario definir el error relativo, que es el cociente entre el error absoluto y el valor real de la medida, y que para los ejemplos anteriores son: 1/150 = 0,0066 (ó 0.66%) y 0.5/2 = 0.25 (25%), es decir que el error es mucho mayor en el segundo caso que en el primero.

( ) ( )

( )

Valor medido Valo real Error absolutoError relativo

Valo real Valo real

(1.3)

5. MATERIALES

5.1. Nueve resistencias de carbón de tres valores cualquiera entre 1 K y 10 K

de ½, 1 y 2 vatios, es decir, tres resistencias por ejemplo de 1 K, pero una de ½, otra 1 y la tercera de 2 vatios.

5.2. Fuente regulada de DC 5.3. Multímetro digital 5.4. ProtoBoard

138

6. PROCEDIMIENTO 6.1. Medida de resistencias

6.1.1. Identifique tres resistencias R1, R2 y R3 de valor comprendido entre 1 K

y 10 K todas de ½ vatio, determine el valor de cada resistencia empleando el código de colores y luego mídalas empleando el óhmetro. Compare los resultados.

6.1.2. Con los datos obtenidos en (6.1.1), calcule la precisión porcentual empleando la fórmula (1.4) y llene la tabla 1.

Precisión porcentual 100%

Valor codificado Valor medidox

Valor medido

(1.4)

6.1.3. Conecte R1 en serie con R2, y este conjunto en paralelo con R3, según muestra la figura 4.

6.1.4. Mida con el multímetro la resistencia equivalente vista desde los extremos A y B, y anote el resultado en la tabla 2.

6.1.5. Mida con el multímetro la resistencia equivalente vista desde los extremos A y C, y anote el resultado en la tabla 2.

6.1.6. Repita lo anterior para las resistencias de 1 y 2 vatios

Fig. 4 Medida de resistencias 6.2. Medida de tensiones continúas

6.2.1. Tome tres mediciones en vacío (circuito abierto) de la fuente de DC del

laboratorio, variando la posición del reóstato, seleccione el rango a la escala más alta disponible, baje la escala hasta conseguir una lectura que contenga el mayor número posible de dígitos significativos. Tenga cuidado con la polaridad de la fuente.

R1

R2

R3

A

B

A

B

C

139

6.2.2. Tome dos resistencias del ejercicio 1. Ajuste la fuente de tensión a 12 Voltios. Mida el voltaje entre los terminales de la fuente de continua (VF), y en los extremos de cada una de las resistencias (VR1 y VR2).

Fig. 5 Medida de tensiones continúas

6.2.3. Sume los voltajes de las resistencias VR1 y VR2, y compárelos con el voltaje medido en la fuente VF. Anote las mediciones en la tabla 3.

6.2.4. Empleando la ley de Omh, calcule la corriente total del circuito y encuentre la caída de tensión en cada resistencia. Compare los resultados con los datos obtenidos en (6.2.2)

6.2.5. Repita lo anterior para las resistencias de 1 y 2 vatios

6.3. Medida de intensidades de corriente continúas

6.3.1. Utilice las tres resistencias del ejercicio 1: R1, R2 y R3. e instale el circuito de la figura 6.

6.3.2. Mida la intensidad de corriente que circula por cada resistencia: IR1, IR2 e IR3 6.3.3. Sume las corrientes IR3 e IR2 y compare el resultado con la corriente IR1

Anote los resultados en la tabla 4. 6.3.4. Empleando la ley de Ohm, calcule la caída de tensión sobre cada

resistencia y encuentre las corrientes sobre ellas. Compare los resultados con los datos obtenidos en (6.3.2)

6.3.5. Repita lo anterior para las resistencias de 1 y 2 vatios

R2 V

VR1

VR2 VF

R1

R2

V

A1

A2

VF

R1

R3

A3

I1

I2 I3

140

Fig. 6 Medida de intensidades continuas

Para el informe responder lo siguiente:

Laboratorio No. 1 Medición de resistencias

Fecha de elaboración: ....... / ....... / ........ Nombres: ...................................................................................

................................................................................... ...................................................................................

7. INFORME

7.1. Medición de resistencias. Complete la tabla siguiente, mostrando sus cálculos.

Utilice siempre para los cálculos los valores medidos, no los valores codificados.

Parámetro Resistencia

R1 R2 R3 Primera banda de color

Segunda banda de color

Tercera banda de color

Cuarta banda de color

Valor codificado

Tolerancia %

Valor medido

Precisión %

Potencia w

Tabla 1: Resultados de la medición de resistencias

7.2. ¿Cuál es el valor de la resistencia equivalente? Calcule el error relativo empleando la expresión (1.3). Complete la tabla siguiente, mostrando sus cálculos.

Parámetro Resistencia entre A y B

ABR

Resistencia entre A y C

ACR

Valor medido

Valor calculado

Error relativo %

Tabla 2: Resultados de la medición de resistencias

141

7.3. Medida de tensiones continúas. ¿Cuál es el valor de las tensiones?

Calcule el error relativo empleando la expresión (1.3). Complete la tabla siguiente, mostrando sus cálculos.

Parámetro Tensión en R1

1V

Tensión en R2

2V

Tensión en la fuente

FV

Valor medido v

Valor calculado

v

1 2R RV V

Error relativo %

Tabla 3: Resultados de la medición de voltajes

7.4. Responda además las preguntas: 7.4.1. ¿Qué sucede si las puntas del multímetro están invertidas, respecto a

la polaridad? 7.4.2. ¿Qué sucede si la escala o el rango seleccionado es demasiado alto, o

demasiado bajo? 7.4.3. ¿Cómo se clasifican los diferentes niveles de voltaje y los respectivos

equipos de medición? 7.5. Medida de corrientes continuas: Vale 10%. ¿Cuál es el valor de las

corrientes? Calcule el error relativo empleando la expresión (1.3). Complete la tabla siguiente, mostrando sus cálculos.

Parámetro Corriente en R3

3I

Corriente en R2

2I

Corriente en R1

1I

Valor medido A

Valor calculado

A 3 2I I

Error relativo %

Tabla 4: Resultados de la medición de corrientes

7.6. Explique la ley de Ohm en no más de 5 renglones 7.7. Explique en no más de 10 renglones como se miden: resistencias, tensiones y

corrientes. Que precauciones se deben tener en cuenta.

142

7.8. Realicen observaciones en sus hogares y establezcan, qué resistencias, voltajes y corrientes podrían medirse, escriban las precauciones que deberían tener para hacerlas, observe los riesgos que pudieran ocurrir en caso de descargas eléctricas, cortocircuitos etc, anoten todas las observaciones (hagan registros fotográficos que puedan anexar al informe)

7.9. Conclusiones. 8. Bibliografía y Cibergrafía - Millman,Jhon. Circuitos Eléctricos. Mc Graw Hill. México 2007 - Notas de clase www. Circuitoselectricos.org VER WIKI: http://maescentics.medellin.unal.edu.co/wamorenos/wiki/

143

PREINFORME E INFORME DE UN GRUPO DE 3 ESTUDIANTES PREINFORME

144

145

INFORME

146

147

148

149

150

151

152

153

154

Anexo F. Construcción de una fuente de voltaje regulada

Instituto Tecnológico Metropolitano

INGENIERÍA MECATRÓNICA

ASIGNATURA: CIRCUITOS ELÉCTRICOS (CEX24-1) MICROPROYECTO: CONSTRUCCIÓN DE UNA FUENTE

REGULADA DE VOLTAJE FECHA: ________________

CONSTRUYA UNA FUENTE DE ALIMENTACIÓN REGULADA REALMENTE

VERSÁTIL

*Por Nelson Rúa, Hernán Londoño y Carlos Otero

Sin lugar a dudas para todo ingeniero, técnico o simple aficionado a la electrónica, Es vital poseer una fuente de alimentación de laboratorio con diversos voltajes de salida. La versatilidad del diseño propuesto consiste en que, en un momento dado, El usuario puede hacer el montaje para obtener solo uno o varios de los voltajes mencionados. Las corrientes de salida dependen de los componentes elegidos. Es decir, el diseño se adapta a cualquier presupuesto y proporciona la alternativa de realizar un montaje por etapas. La fuente propuesta le ofrece la alternativa de obtener los Siguientes voltajes:

+5 volt.

+15 volt.

-15 volt.

Ajustable desde +1.2 volt. Hasta +30 volt.

Ajustable desde -1.2 volt. Hasta -30 volt. Los valores de los condensadores están dados en Microfaradios y los valores de las resistencias en ohmios. LISTA DE COMPONENTES 1. Los diodos D1 – D10 son diodos rectificadores; la corriente Id de la cual se pide el diodo en el almacén, dependerá del presupuesto de cada usuario; se recomienda para obtener las mejores especificaciones de la fuente utilizar diodos rectificadores de 6 amperios. 2. Los condensadores C1 - C5 deben ser de alta Capacidad debido a que estos son los encargados de minimizar el rizado a la entrada de los reguladores;

155

mínimamente estos condensadores deben ser de 1000 F y se debe tener mucha precaución con los voltajes Y la polarización de cada uno. Se recomiendan los siguientes condensadores para lograr la máxima eficiencia:

C1, C2: condensadores electrolíticos de 3300 F a 35 volt.

C3: condensador electrolítico de 3300 F a 16volt.

C4, C5: condensadores electrolíticos de 3300 F a 50 volt.

3. Los condensadores C6 – C11 se recomienda que sean de tantalio y sus valores son:

C6: condensador de 0.33 F a 35 volt.

C7: condensador de 0.1 F a 35 volt.

C8: condensador de 2.2 F a 35volt.

C9: condensador de 1.0 F a 35 volt.

C10: condensador de 0.33 F a 35 volt.

C11: condensador de 0.1 F a 35 volt. 4. los condensadores C12 – C15 deben ser cerámicos y sus valores son:

C12, C14: condensadores de 0.1 F a 50 volt.

C13, C15: condensadores de 1.0 F a 50 volt. 5. los condensadores C16, C17 deben ser electrolíticos y sus valores son:

C16, C17: condensadores electrolíticos de 10 F a 50 volt.

6. los diodos D11 – D14 son diodos rectificadores y sus valores son:

D11, D14: diodos rectificadores 1N4004. 7. Las resistencias R1, R2 son:

R1, R2: Resistencias de 220 ohmios a ¼ de vatio. 8. De los conectores ADJ+ y ADJ- van conectados dos potenciómetros que deben ser lineales y de 5K ohmios; estos van montados externamente y soportados del Chasis de la fuente; su conexión se hace como se muestra en la figura 2.

9. Los reguladores REG1 –REG5 son, en su orden:

REG1: Regulador LM 7815

REG2: Regulador LM7915

156

REG3: Regulador LM7805

REG4: Regulador LM317

REG5: Regulador LM337

Estos van ubicados externamente al circuito impreso; conectados cada uno a su respectivo conector y deben ir montados en un buen disipador de calor, aislando su carcaza eléctricamente del disipador con aislante de mica. Los reguladores se consiguen en encapsulado plástico y en encapsulado metálico. El metálico tiene mayor capacidad de corriente; el uso de uno u otro dependerá del presupuesto de cada usuario. Se recomienda utilizar reguladores de encapsulado metálico para obtener las mejores especificaciones de la fuente. NOTA: Es necesario tener mucho cuidado con el orden de los pines de los reguladores (ver figura 6). En los conectores del circuito impreso el orden siempre será:

1. INPUT 2. GND, para los fijos y ADJ para los variables 3. OUTPUT

10. Los conectores IN1- IN3 son conexiones al transformador o transformadores.

El conector IN1 va conectado al transformador así: 1. 17 volt. Azul 2. 0 volt. Blanco

El conector IN2 va conectado al transformador así: 1. 8 volt. Verde 2. 0 volt. Blanco 3. 20 volt. Verde

El conector IN3 va conectado al transformador así: 1. 20 volt. Amarillo 2. 0 volt. Blanco 3. 20 volt. Amarillo

157

En el conector OUT se obtendrán los siguientes voltajes en su orden: 1. +15 volt. Café 2. -15 volt. Amarillo 3. +5 volt. Azul 4. +Variable. Gris 5. –Variable. Verde

6. No se conecta

Cada una de estas salidas debe ir en su respectivo fusible (3 amp) y de aquí a la bornera de salida que ira ubicada en el chasis de la fuente. Recomendaciones sobre el transformador a utilizar El diseño de la fuente esta contemplado para utilizarse junto con un transformador especial que se puede mandar a fabricar. (Ver la figura 4).

158

Sin embargo, se podrá implementar un transformador similar y que funcionara bien con el diseño de la fuente, a partir de 2 transformadores 506 o 509. Sus primarios se conectaran en paralelo y sus secundarios en serie. (Ver la figura 5).

159

160

161

Anexo G. Evidencias sobre la construcción de la fuente regulada

Instituto Tecnológico Metropolitano

INGENIERÍA MECATRÓNICA

ASIGNATURA: CIRCUITOS ELÉCTRICOS (CEX24-1) EVIDENCIAS SOBRE LA CONSTRUCCIÓN DE LA

FUENTE REGULADA FECHA: ________________

162

163

164

EVIDENCIAS SOBRE LA REALIZACIÓN DE ENSAYOS (MOMENTO INICIAL Y MOMENTO FINAL) Ensayos presentados por Camilo López (A16) y Sebastián Giraldo (A4) Momento inicial y momento final respectivamente.

165

Momento final