UNIVERSIDAD DE SANTIAGO DE CHILE

FACULTAD DE CIENCIA

DEPARTAMENTO DE FÍSICA

MONTAJE DE SENSORES Y PROGRAMACION DE

MICROCONTROLADORES CON UNA PROPUESTA DIDÁCTICA

FUNDADA EN LA ENSEÑANZA DE LA CIENCIAS BASADA EN

INDAGACIÓN (ECBI) PARA EL ESTUDIO DE LA FÍSICA EN

EDUCACIÓN MEDIA

ANGÉLICA ANDREA DIAZ FUENTES RODRIGO ANTONIO JERALDO ROMERO

ANDREAS EISBAR TAPIA LORCA

Profesores Guías: Jorge Pablo Ferrer Meli. Licenciado en Física Nelson Eduardo Mayorga Sariego. Licenciado en Educación de Física. Seminario para optar al Grado Académico de Licenciada/o en Educación de Física y Matemática

Santiago – Chile 2013

~ ii~

233651 © ANGÉLICA ANDREA DÍAZ FUENTES RODRIGO ANTONIO JERALDO ROMERO

ANDREAS EISBAR TAPIA LORCA

Se autoriza la reproducción parcial o total de esta obra, con fines académicos, por cualquier forma, medio o procedimiento, siempre y

cuando se incluya la cita bibliográfica del documento.

~ iii~

MONTAJE DE SENSORES Y PROGRAMACION DE

MICROCONTROLADORES CON UNA PROPUESTA DIDÁCTICA

FUNDADA EN LA ENSEÑANZA DE LA CIENCIAS BASADA EN

INDAGACIÓN (ECBI) PARA EL ESTUDIO DE LA FÍSICA EN

EDUCACIÓN MEDIA

ANGÉLICA ANDREA DIAZ FUENTES RODRIGO ANTONIO JERALDO ROMERO

ANDREAS EISBAR TAPIA LORCA

Este trabajo de Graduación fue elaborado bajo la supervisión de los profesores guía Sr. Jorge Ferrer Meli y el Sr. Nelson Eduardo Mayorga Sariego del Departamento de Física y ha sido aprobado por los miembros de la comisión Calificadora, Sr. Leonardo Antonio Caballero Alvial y Sr. Manuel Alejandro Galaz Pérez.

___________________________

Leonardo Caballero Alvial Comisión Calificadora

___________________________

Manuel Galaz Pérez Comisión Calificadora

___________________________

Jorge Ferrer Meli Profesor Guía

___________________________

Yolanda Vargas Hernández Directora

___________________________

Nelson Mayorga Sariego Profesor Guía

~ iv~

“Cuéntame y lo olvidaré, muéstrame y lo recordaré, involúcrame y lo aprenderé” Confucio

~ v~

Agradecimientos

Al comenzar con estos agradecimientos, no puedo dejar de detenerme

en lo que han sido estos casi cinco años de vida universitaria: hay tanto que

decir… y mucho más que recordar. La finalización de este proceso, no es más

que el inicio de otros tantos proyectos a nivel profesional, como a nivel

personal.

Gracias a ti Rodrigo, por ser en estos más de cuatro años, más que una

pareja, un amigo. Gracias por la contención, por aguantarme todas las mañas y

pataletas, pero por sobre todo por quererme como lo haces. No hubiese llegado

hasta estas instancias sin tu ayuda.

Gracias a ti mamá, por tenerme comida y la cama calentita cada vez que

llegaba de la Universidad; por amarme de forma incondicional, por el apoyo y

por todas esas noches que te quedaste conmigo acompañando mi estudio.

Gracias a ti papá, por ser como eres conmigo, por todos los desayunos de la

mañana y por presentarme desafíos en mi corta vida, más que mal, estoy

terminando esto gracias a eso. Gracias Hernán, mi cabro chico, mi hermano;

por aguantarme todos los enojos y por apoyarme directa o indirectamente en

este proceso.

Gracias a ustedes niñas, Liss, Myriam y Cata, porque a pesar de que

nuestros caminos se separaron para poder cumplir nuestras metas, siempre

han estado ahí, aunque muchas veces yo no lo note. Gracias por escucharme o

leerme cuando más lo necesite, pero por sobre todo, por la amistad y confianza.

Gracias a ti Javiera, por la amistad durante todos estos años; no nos vemos,

pero el cariño y la confianza siguen intactos desde Primero Medio.

Agradezco en forma especial a mis profesores guías, Jorge y Nelson, por

todas las orientaciones, consejos, tirones de orejas y apoyo durante en todo

este proceso. Gracias por ayudarme a mantener la calma y serenidad en los

~ vi~

momentos difíciles, y por sobre todo por entregar lo mejor de ustedes en este

proyecto.

Te agradezco Andreas, compañero de seminario, porque a pesar de las

diferencias de temperamentos, siempre te mantuviste firme, cuando quería

dejar todo botado.

Y muchísimas gracias a todas esas personas que me han acompañado a

lo largo de mi vida y que de una u otra forma, han contribuido a lo que soy como

mujer.

“Al final del viaje está el horizonte,

al final del viaje partiremos de nuevo,

al final del viaje comienza un camino…”

(Rodríguez, 1970)

Angélica Andrea Diaz Fuentes

~ vii~

Agradecimientos

Siempre esperé que llegara este momento, en el cual pudiera ser un

profesional y poder ejercer un cargo que tengo decidido de hace más de siete

años. Pero es al final del camino en que uno se da cuenta, que desearía

prolongar más estos momentos, seguir aprendiendo y que solo eso sea mi

mayor preocupación.

Quiero agradecer antes que a todos a Angélica, compañera de seminario

y sentimental, gracias a quien este camino se ha convertido en una aventura

maravillosa, considerando tanto los buenos como malos momentos durante la

carrera. Además agradecerle la paciencia y apoyo constante en este proceso

final, ya que gracias a ella logramos mantener un orden estricto, y así poder

trabajar eficientemente para cumplir con las diferentes metas auto-propuestas

en el seminario.

Muchas gracias a mis padres, Hugo y Sara, y a mi hermano, Patricio, ya

que siempre estuvieron ahí cuando los necesité, apoyando mis decisiones de

forma incondicional. Hablando de mi familia, me siento en la necesidad de

recalcar, que me siento orgulloso de pertenecer a una familia de docentes, y

más aún, de profesores de matemáticas (Aunque papá, sigue siendo mejor la

física).

Quiero agradecer también al profesor Jorge Ferrer, por su apoyo,

paciencia y los constantes cafés que disfrutábamos en su oficina. Al profesor

Nelson Mayorga, de quien fui ayudante durante varios semestres, por sus

brillantes ideas a la hora de pensar experimentos didácticos para el aula y

constante ayuda en este trabajo; y a Andreas, junto a quien tuvimos

muchísimas discusiones con respecto a los dispositivos y guías, pero que de

ellas, se obtuvo una gran retroalimentación para mejorar considerablemente el

trabajo.

~ viii~

Finalmente muchas gracias a todos quienes apoyaron nuestro trabajo, y

nuestros caminos durante esta carrera.

Rodrigo Antonio Jeraldo Romero

~ ix~

Agradecimientos

Ha llegado el momento de cerrar un proceso que no es un final, sino más

bien un comienzo que abre muchas puertas. Es por esto que dentro de todo el

trabajo realizado quiero agradecer en primer lugar a mi familia, por darme

siempre su apoyo, comprensión, confianza, paciencia y muchas otras cosas

que me han servido mucho dentro de todo mi transcurso de estudios y logro de

metas.

A Janice Cares por darme todo su amor y apoyo incondicional, el cual fue

un pilar fundamental dentro de todo este proceso.

También quiero agradecer el apoyo de mis profesores guías, Nelson

Mayorga y Jorge Ferrer, quienes supieron dar el consejo correcto en el

momento oportuno siendo un gran aporte dentro de éste trabajo y mi formación

profesional. A los profesores que formaron parte del equipo corrector, Leonardo

Caballero y Manuel Galaz, quienes con sus aportes y comentarios fueron de

gran ayuda en este trabajo, gracias por su interés y colaboración. Además

quiero agradecer a todos los profesores que formaron parte de mi formación a

lo largo de estos años de estudios.

Por último quiero agradecer a mis compañeros con los cuales realizamos

este trabajo, Angélica Díaz y Rodrigo Jeraldo, con quienes pasamos altos y

bajos pero siempre con miras a cumplir los objetivos, gracias por tenerme

paciencia y darme ayuda cuando lo necesitaba.

Y a toda la gente de alguna u otra manera me dio su apoyo, gracias.

Andreas Eisbar Tapia Lorca

~ x~

TABLA DE CONTENIDOS Resumen xvi

Abstract xvii

CAPÍTULO I: INTRODUCCIÓN

1.1 Contextualización

1.2 Identificación del Problema

1.3 Objetivos

Objetivo General

Objetivos Específicos

1

2

3

3

3

CAPÍTULO II: FUNDAMENTACIÓN TEÓRICA

2.1 ¿Qué entenderemos por habilidades de

pensamiento científico?

5

2.2 Ciencia, Tecnología y Sociedad 8

2.3 Enseñanza de las Ciencias mediante la

experimentación e investigación

10

¿Qué es la indagación científica? 14

Enseñanza de las Ciencias Basada en la

Indagación

16

2.4 Lenguaje de Programación en estudiantes de

Educación Media

20

2.5 Tecnologías de la Información y Comunicación 21

2.6 El Diseño de Unidades Didácticas para la

enseñanza de las Ciencias

23

2.7 Arduino – Microntroladores 27

Lenguaje de Programación en Placa Arduino 32

Referencias del lenguaje Arduino utilizadas en el

uso de sensores

33

~ xi~

CAPÍTULO III: MARCO METODOLÓGICO

3.1 Diseño de Investigación 37

3.2 Descripción de los procedimientos 37

3.3 Programación Placa Arduino 39

- Programación de la plataforma Arduino para el

manejo del sensor de temperatura (LM35)

39

- Programación de la plataforma Arduino para el

manejo del sensor de flexión de 2.2’’

43

- Programación de la plataforma Arduino para el

manejo del LED RGB (tricolor)

47

- Programación de la plataforma Arduino para el

manejo del Emisor de frecuencias

50

3.4 Confección de guías de trabajo para estudiantes,

profesoras y profesores

54

- Guía para el estudiante 54

Ejemplo de guía para el estudiante 57

- Orientaciones para el o la docente en la

implementación de la propuesta didáctica

65

Ejemplo de indicaciones al docente 66

3.5 Respecto al montaje experimental y la

programación del microcontrolador

68

CAPITULO IV: OPINIÓN DE GUÍAS DE TRABAJO PARA

ESTUDIANTES

4.1 Opinión de las guías mediante Escala de

Apreciación

70

4.2 Resultados de la aplicación de la Escala de

Apreciación

74

4.3 Análisis de los resultados

84

~ xii~

CAPÍTULO V: REFLEXIONES

5.1 Alcance y Limitaciones 86

5.2 Conclusiones 87

5.3 Proyecciones de la propuesta 89

REFERENCIAS BIBLIOGRÁFICAS 91

ANEXO 1: Programa del Sensor de Temperatura 95

ANEXO 2: Programa del Sensor de Fuerza 98

ANEXO 3: Programa del "LED RGB" o "LED de Newton". 101

ANEXO 4: Programa del "emisor de frecuencias" 103

ANEXO 5: Manual de Construcción de los circuitos

utilizados para el manejo del Sensor de Temperatura

106

ANEXO 6: Manual de Construcción de los circuitos

utilizados para el manejo del Sensor de Flexión

113

ANEXO 7: Manual de Construcción de los circuitos

utilizados para el Emisor de Frecuencia

122

ANEXO 8: Manual de Construcción de los circuitos

utilizados para el LED RGB

127

ANEXO 9: Material para el docente y guías para la

implementación de las experiencias indagatorias

132

ANEXO 10: Opinión de las guías de trabajo 224

~ xiii~

ÍNDICE DE ILUSTACIONES

Ilustración 1: Taxonomía de Bloom (1954) 7

Ilustración 2: Relación sistémica entre los distintos

elementos del enfoque.

17

Ilustración 3: Estructura principal de una Unidad Didáctica

(Hernández, 2011)

25

Ilustración 4: Aspectos a considerar al momento de

elaborar una Unidad Didáctica

26

Ilustración 5: Programa que cuenta de 1 a 10 en C++,

mediante comando "for() {}"

29

Ilustración 6: Modulo Arduino UNO 30

Ilustración 7: Software de programación Arduino 32

Ilustración 8: Proceso metodológico 38

Ilustración 9: Display de 7 segmentos 40

Ilustración 10: Montaje del dispositivo, creado con Fritzing 41

Ilustración 11: Esquemático sensor de temperatura 42

Ilustración 12: Esquema posiciones del sensor flectado 43

Ilustración 13: Montaje del sensor de fuerza, creado con

Fritzing

45

Ilustración 14: Esquemático sensor de flexión 46

Ilustración 15: Imagen del LED RGB 47

Ilustración 16: Montaje del LED RGB, creado con Fritzing 48

Ilustración 17: Esquemático LED RGB 49

Ilustración 18: Imagen de potenciómetro, buzzer y Jack

hembra

50

Ilustración 19: Montaje del emisor de frecuencias, versión

1, creado con Fritzing

51

Ilustración 20: Montaje del emisor de frecuencias, versión

2, creado con Fritzing

52

~ xiv~

Ilustración 21: Esquemático emisor de frecuencias 53

Ilustración 22: Etiqueta etapa 1: Focalización 54

Ilustración 23: Etiqueta etapa 2: Exploración 54

Ilustración 24: Etiqueta etapa 3: contraste o comparación 55

Ilustración 25: Etiqueta formalizando lo aprendido 55

Ilustración 26: Etiqueta etapa 4: aplicación 56

~ xv~

ÍNDICE DE GRÁFICOS Y TABLAS

Tabla 1: secuencia ECBI 18

Tabla 2 30

Tabla 3: Evaluación de pertinencia 75

Tabla 4: Evaluación de factibilidad 76

Tabla 5: Evaluación de claridad 77

Tabla 6: Evaluación de la etapa de Focalización - ECBI 78

Tabla 7: Evaluación de la etapa de Exploración - ECBI 79

Tabla 8: Evaluación de la etapa de Contraste - ECBI 80

Tabla 9: Evaluación de la etapa de Aplicación - ECBI 81

Tabla 10: Promedios generales respecto a cada guía 82

Gráfico 1: Promedios generales respecto a cada guía 82

Gráfico 2: Promedio pertinencia, factibilidad y claridad 83

~ xvi~

RESUMEN

El uso de tecnologías, muy comunes en la sociedad, pero poco

manejadas en el ámbito educacional, permite contar con una herramienta muy

poderosa para observar algunos fenómenos físicos, y además promover el uso

de las TIC dentro de la sala de clases. En este seminario se diseñan y

construyen diferentes sensores, emisores de luz y sonido programando

microcontroladores basados en la plataforma Arduino UNO. Además, se

entrega información de los materiales necesarios, lugares donde adquirirlos y

su manual de construcción, de modo que las y los docentes los puedan

reproducir solo algunos conocimientos básicos de electrónica. Junto a esto se

presenta una propuesta didáctica, mediante guías de trabajo experimental

basadas el métodos indagatorio de las ciencias (ECBI), en las cuales se pueden

encontrar sugerencias y orientaciones para su utilización en función a los

programas de estudios vigentes.

Palabras Claves: Microcontroladores, Arduino, ECBI, guías experimentales,

física.

~ xvii~

ABSTRACT

The use of technologies is very common in society, but not much

managed for educational issues, allows to count with a very powerful tool to

observe some physical phenomena besides promoting the use of ICT into the

classrooms. In this seminar are designed and built different sensors and sound

or light transmitters based on the micro controller programming based on

Arduino UNO platform. Also is given information about the necessary

equipment, the places where they can be bought and the construction manual

for each experiment, so that teachers can reproduce just some basic knowledge

of electronics. With this, it is presented a didactical proposal through learning

guides based on the inquiry method of science education (IBSE), where it could

be find suggestions and orientation for the utilization based on the active

syllabus.

Keywords: Microcontrolers, Arduino, IBSE, Experimental guide, physics.

~ 1~

CAPÍTULO I: INTRODUCCIÓN

1.1. Contextualización

De acuerdo al Marco Curricular del año 2009, la finalidad del sector de

Ciencias, tiene como objetivo que las y los estudiantes logren una

comprensión del mundo natural y tecnológico que los rodea; además de

interesarse por comprender el entorno, a ser reflexivos y críticos ante el

planteamiento que otras personas presenten frente al mundo tecnológico y

natural que los rodea (Mineduc, 2009).

Desde la reforma, el sector de Ciencias ha tenido como objetivo,

incentivar el desarrollo de estudiantes alfabetizados científicamente. Esto

no corresponde sólo a la comprensión de los conocimientos de ciencias,

sino a que el estudiantado se desarrolle de tal forma, que logre pensar

científicamente, con el fin de responder a las demandas de nuestra

sociedad, que está inserta en materias de Ciencia y Tecnología.

Lo anterior corresponde a un planteamiento hecho por la OCDE en el

año 2000, mediante el proyecto PISA, en el cual se define la alfabetización

científica, como la capacidad de las ciudadanas y los ciudadanos de poder

usar el conocimiento científico, en pos de entender y tomar decisiones

sobre el mundo natural y los cambios provocados por la actividad humana

(PISA, 2006). Desde esta perspectiva, la alfabetización científica articula

conceptos y procesos científicos, en base a contextos que tenga una

relación con necesidades e intereses personales y sociales (Mineduc,

2009). La incorporación de algunos elementos presentes en el enfoque CTS

(Ciencia – Tecnología – Sociedad), qué está directamente relacionado y

ligado con la alfabetización científica.

El currículo promueve la enseñanza y aprendizaje de conceptos y

habilidades de pensamiento científico, de una manera holística, es decir de

una forma integral. Las habilidades de pensamiento científico están

referidas al razonamiento y al saber-hacer están orientadas hacia la

~ 2~

obtención e interpretación de evidencia en relación con una pregunta o

problema sobre el mundo natural y la tecnología. El saber-hacer y el cambio

en la forma de razonar, no ocurre en un vacío conceptual, por el contrario

se desarrollan íntimamente conectadas a los contenidos conceptuales y a

sus contextos de aplicación (Mineduc, 2009).

El propósito de modelo de Ciencias que persigue el currículo, es que la

actividad científica, realizar en el aula, es el mismo tipo de ciencia que se

realiza en los centros de ciencias eruditas.

1.2 Identificación del Problema

En el ámbito del estudio de la física, se da un gran énfasis en la

aplicación de actividades experimentales dentro de la sala de clases, para

el desarrollo de ciertas habilidades en el estudiantado de educación media.

Es de conocimiento público, que la tecnología digital está en permanente

progreso. En este crecimiento constante, una de sus vertientes así lo

demuestra, que es la electrónica digital y los microcontroladores. Todos los

artefactos de nuestra era, están compuestos por microcontroladores, en

particular celulares y computadoras portátiles, por nombrar algunos

componentes tecnológicos actuales.

Dado lo anterior, cabe preguntarse si el uso de didáctico de

microcontroladores y sensores en la sala de clases, permitirá el desarrollo

de las habilidades de pensamiento científico en el estudiantado de

educación media. Si esto es así, ¿qué metodología puede sustentar esta

articulación didáctica con la sala de clases? Y si se pudiese implementar

dicha metodología ¿se observarán mejores aprendizajes en estudiantes de

educación media si realizan actividades experimentales con el uso de

didáctico de microcontroladores y sensores con respecto de aquellos que

desarrollen actividades son dichos usos? ¿De qué forma se puede integrar

~ 3~

la enseñanza y aprendizaje de la Física en enseñanza media, haciendo uso

de microcontroladores y sensores? ¿Cuáles deben ser las características

del andamiaje pedagógico para facilitar el desarrollo de las habilidades

científicas en los estudiantes de educación media, en donde se utilicen

didácticamente microcontroladores y sensores? ¿Permitirá el uso didáctico

de microcontroladores y sensores en Educación Media una alfabetización

científica y tecnológica adecuada?

1.3 Objetivos

Objetivo General:

Ensamblar sensores, emisores de luz y de sonidos basados en la

programación de microcontroladores que permitan el registro de datos o

emisión de información para dar cuenta de fenómenos y, diseñar estrategias

didácticas, basada en el enfoque CTS y en la Enseñanza de la Ciencias

Basada en la Indagación (ECBI) para el estudio de la Física en Educación

Media.

Objetivos Específicos

Programar microcontroladores y realizar montaje de componentes

electrónicos y sensores en la Plataforma Arduino UNO, para el

registro de datos e información.

Diseñar guías de aprendizaje, exploratorias y experimentales,

basada en el enfoque CTS, usando la metodología ECBI, y

articuladas con el uso de microcontroladores y sensores, para la

enseñanza de la Física.

~ 4~

Diseñar indicaciones didácticas para el docente, que permita la

implementación de las actividades experimentales, mediante la

secuencia ECBI y el enfoque CTS, en la sala de clases.

Diseñar y confeccionar un instructivo de montaje de los

componentes electrónicos, microcontroladores y sensores en la

Plataforma Arduino UNO, para docentes.

~ 5~

CAPÍTULO II: FUNDAMENTACIÓN TEÓRICA

2.1 ¿Qué entenderemos por Habilidades de Pensamiento Científico?

El Marco Curricular del año 2009, vigente en la actualidad para los

cursos desde Séptimo Año Básico a Tercer Año Medio, nace ante la

necesidad de los cambios acelerados presentes en la sociedad, con el firme

objetivo de entregar a las y los estudiantes conocimientos, habilidades y

actitudes, que sean importantes en su formación para el desarrollo personal

y social, para el fortalecimiento del país a nivel económico, social y político

(MINEDUC, 2009).

Las tres dimensiones en las que se enfoca el Marco Curricular (2009),

conocimiento, habilidades y actitudes, tienen como fin entregar a las y los

estudiantes, herramientas que le permitan desarrollarse de forma holística.

Es por eso, que la selección de contenidos, no sólo hace referencia a los

conceptos (conocimiento), sino que además a las habilidades y actitudes

que necesitan adquirir el estudiantado, para desenvolverse en los distintos

aspectos y ámbitos de nuestra sociedad.

De acuerdo a los objetivos planteados en un comienzo, lo primero que

hay que preguntarse es qué son las habilidades de pensamiento científico.

Lo primero que toca definir es qué se entiende por habilidad. De

acuerdo al Marco Curricular del año 2009 (o bien, llamado Ajuste

Curricular), señala que las habilidades corresponden a “las capacidades de

ejecutar un acto cognitivo y/o motriz complejo con precisión y adaptabilidad

a condiciones cambiantes” (OCDE, 2002 en MINEDUC, 2009). Como

sabemos, las habilidades pueden ser de distintos ámbitos de la vida escolar

del estudiantado, pueden ser tanto del ámbito cotidiano, como intelectual

y/o práctico.

Hasta este punto, no se hace complejo definir qué es una habilidad,

pero cuando utilizamos el término “habilidades de pensamiento”, la labor

se hace mucho más compleja, ya que no es una terminología trivial y

~ 6~

porque no hay un consenso en las y los investigadores entorno a una

definición precisa (Zohar, 2006). Es más, es tan basta y amplia el tipo de

definiciones respecto al pensamiento, disponibles en la actualidad, que

puede llevar a algún tipo de confusión (Marzano et al., 1988).

De acuerdo a lo anterior, distintos autores y en especial Resnick, hace

alusión que las habilidades de pensamiento resisten las definiciones en

forma precisa. Siguiendo la línea del mismo autor, algunas características

fundamentales de las habilidades de pensamiento, no pueden ser capaces

de ser definidas con exactitud, pero si ser capaces de ser reconocidas

cuando se observan (Resnick, 1987).

Resnick (1987), señala algunas características relacionadas con las

habilidades de pensamiento:

No es algorítmico, es decir, no sigue un proceso lógico

Es complejo

Produce soluciones múltiples

Involucra la aplicación de criterios múltiples, de incertezas y

autorregulación.

Dado lo anterior, y si se analiza además la Taxonomía de Bloom (1954),

se podrá hacer alusión de que las habilidades de pensamiento científico,

corresponde a cualquier actividad cognitiva que va más allá de conocer,

comprender y/o aplicar; habilidades que se encuentran en la parte inferior

de la taxonomía de Bloom. Siguiendo la misma lógica, se podría decir que

las habilidades de pensamiento científico, como: Formulación de preguntas,

observación, descripción, registro de datos, ordenamiento e interpretación

de la información, elaboración de hipótesis, procedimientos y explicaciones

(MINEDUC, 2009); corresponderían a habilidades que se encuentran las

parte superior de la taxonomía de Bloom y de acuerdo a ésta conllevan un

~ 7~

nivel de pensamiento superior, en el sentido de que se deben juzgar los

resultados de las actividades que se realizan.

La investigación científica, consiste en el descubrimiento llevando a

cabo una investigación, considerando la formulación de preguntas a partir

de la observación y predicción de los fenómenos a estudiar. Utilizando de

manera conveniente y eficaz, metodologías y técnicas para extender ideas

y poder resolver problemas, y encontrar las respuestas o verificar la

hipótesis. Para ello, es fundamental la planificación, para poder llevar a

cabo una serie de actividades prácticas de investigación, para poder

realizar mediciones, registrar y analizar datos e información, ya sea de

manera individual o grupal; sin dejar de lado, la utilización y evaluación de

las evidencias y resultados de manera crítica, durante el desarrollo de

métodos y técnicas científicas (MINEDUC, 2012).

Ilustración 1: Taxonomía de Bloom (1954)

~ 8~

Dadas las evidencias anteriores, finalmente podemos decir que las

habilidades de pensamiento científico, corresponderían a todas aquellas

habilidades, en las cuales la o el estudiante, a través de actividades

cognitivas, relacionadas con la investigación científica, podrían desarrollar

las habilidades de la parte superior de la taxonomía de Bloom. Todo con la

finalidad de formar personas holísticas para la sociedad actual.

2.2 Ciencia, Tecnología y Sociedad.

En los últimos años en nuestro país, las distintas demandas estudiantiles,

han puesto en la palestra, el tema educacional. Se ha debatido respecto al

rol de la educación en nuestra sociedad, y se ha llegado a la conclusión de

que la educación es uno de los factores fundamentales para el desarrollo de

cada una de las personas que conforman nuestra sociedad. Incluso, se ha

hecho la conciencia, de que los distintos actores sociales que conforman el

sistema educativo, deben formar personas para la vida, y que las

instituciones educativas, deben estar orientadas al bienestar social

(Velásquez, 2006).

Los cambios ocurridos en temas de ciencia y tecnología a lo largo de la

segunda mitad del siglo XX y lo que va del siglo XXI han sido realmente

acelerados, dado el desarrollo de la electrónica y el acceso generalizado a

ésta, se han logrado una mayor implicación en los aspectos sociales de las

distintas culturas de nuestro mundo globalizado, generando una profunda

relación entre Ciencia, Tecnología y Sociedad.

A nivel Latinoamericano, durante los años noventa, se ha planteado la

necesidad de diseñar currículos, que ayuden a lograr una alfabetización

científica y tecnológica entre todas las personas de nuestra sociedad, dado

que la ciencia se ha convertido en un factor fundamental en la vida humana.

Dicha necesidad ha coincidido con las reformas educacionales que han

ocurrido en la región (Velásquez, 2006).

~ 9~

De acuerdo a Velásquez (2006), son dos factores determinantes a la

hora de perfeccionar el proceso de enseñanza – aprendizaje de la Física en

la educación media. En primer lugar, señala los cambios en el contexto en

el que se desarrolla la enseñanza de las Ciencias Naturales. El segundo

factor que señala, es respecto a los deficientes resultados obtenidos en el

proceso enseñanza – aprendizaje de las Ciencias; lo anterior, puede ser

ratificado en las pruebas internacionales, tales como PISA (2006),

mostrando que Chile obtuvo el mejor puntaje en comparación con los

países latinoamericanos y el promedio de la región, y más bajo que el

promedio OCDE (MINEDUC, 2006).

A nivel global, se ha venido reclamando con urgencia, una educación

científica cuya orientación tenga un carácter más humanista, siendo capaz

de responder a las exigencias socioculturales, que se van presentando a lo

largo del tiempo. El movimiento que propone esta perspectiva en la

educación científica, corresponde al movimiento o enfoque CTS. “Si

hubiera que enunciar en pocas palabras los propósitos de los movimientos

CTS en el ámbito educativo cabría resumirlos en dos: mostrar que la ciencia

y la tecnología son accesibles e importantes para los ciudadanos (por tanto,

es necesaria su alfabetización científica y tecnológica) y propiciar el

aprendizaje social de la participación pública en las decisiones

tecnocientíficas (por tanto, es necesaria la educación para la participación

también en ciencia y tecnología)” (Gordillo, 2002, p. 48 en Velásquez, 2006,

p. 4 ).

Es por lo anterior, es que debemos considerar un currículo de Ciencias, y

en especial de Física, que cubra la necesidad de formar, a lo largo de toda

la vida escolar, personas alfabetizadas científicamente, ya que aquello les

servirá para desenvolverse y tomar decisiones en el día a día, en una

sociedad que cada vez está más inmersa en la ciencia y la tecnología.

~ 10~

La alfabetización científico – tecnológica, va más allá del conocimiento

de ciertos fenómenos físicos, o de seguir algún procedimiento experimental,

es por ello, que como docentes “debemos ayudar a las y los estudiantes a

desarrollar perspectivas de la ciencia y la tecnología que incluyan la historia

de las ideas científicas, la naturaleza de la ciencia y la tecnología y el papel

de ambas en la vida personal y social” (Bybee, 1997, p. 12 en Velásquez,

2006, p. 7).

2.3 Enseñanza de las Ciencias mediante la experimentación e

investigación.

Para poder hablar de la Enseñanza de las Ciencias mediante la

experimentación e investigación, nos remontaremos a las primeras décadas

del siglo XX, cuando el filósofo John Dewey (1859 – 1952) rechazó las

prácticas educativas que se estaban llevando en esa época (Westbrook,

1999).

La escuela es una institución social en que la niña o el niño, puede

desarrollarse en vida comunitaria. Experimentando fuerzas formativas, para

que a través de ellas, la tradición cultural alcancen el desarrollo de sus

facultades. Donde la o el estudiante, crece, se desarrolla y convive con sus

pares (Freire, 2011). Dewey cree en una escuela que se basa en el

intercambio se experiencia y comunicación entre individuos (Westbrook,

1999).

Dewey define el aprendizaje experiencial, como un aprendizaje activo

que utiliza y transforma los ambientes físicos y sociales, para extraer lo que

contribuya a experiencias valiosas. Es decir, es un proceso que genera

cambios sustanciales en la persona y su entorno. Se busca que la o el

estudiante desarrolle sus capacidades reflexivas, su pensamiento y el

deseo de seguir aprendiendo en un entorno democrático (Mayhew &

Edwards 1966).

~ 11~

El modelo de enseñanza mediante la experimentación e investigación, se

identifica principalmente por la postura constructivista del conocimiento que

posee y de la aplicación de problemas para poder enseñar y aprender

ciencias. Estos rasgos mencionados, son importantes, ya que intentan

facilitar el cómo se acerca el estudiante a situaciones que se parecen en

parte a la de las y los científicos, pero desde la visión de la ciencia, como

una actividad humana, es decir, que está afectada por el contexto socio –

histórico en la que se está desarrollando y construyendo. El objetivo es

mostrar a la o él estudiante que la ciencia es una construcción social, en

donde la “científica” o el “científico”, es un sujeto social (Ruiz, 2007).

Dado lo anterior, la o el estudiante es un ser activo, con concepciones

alternativas y conocimientos previos, un individuo que puede plantear su

postura frente a la información que está abordando, y que por sobre todo, el

mismo va construyendo su conocimiento a partir de los procesos

investigativos y experimentales, de los problemas planteados por la o el

docente, dando lugar a procesos rigurosos y significativos para él

(Gutiérrez, 2008).

El rol de profesor, es de plantear problemas y situaciones, con sentido y

significado para la o el estudiante, reconociendo que la ciencia que pasa

por la sala de clases, está cargada de las concepciones alternativas de los

estudiantes; por lo tanto las situaciones que plantee a sus estudiantes debe

reconocer del acercamiento inmediato a la realidad del estudiantado. Todo

con la finalidad de que los conocimientos tienen un significado desde el

medio que lo envuelve y que pueden ser abordados desde la ciencia (Ruiz,

2007).

De acuerdo a la evolución de las y los estudiantes en nuestra sociedad,

se hace necesario y fundamental un proceso de enseñanza - aprendizaje,

en el que el estudiantado, sea el actor principal de su aprendizaje,

dejándole al profesor el rol de guiar los aprendizajes de sus estudiantes,

~ 12~

además éste último debe de estar constantemente evolucionando y

actualizando sus conocimientos en base a los cambios y avances que

ocurren dentro de las ciencia. Todo con la finalidad de que se sientan más

motivados y atraídos a las diferentes disciplinas, ya que las asignaturas de

ciencias le ayudarán a comprender el mundo que los rodea; y además

porque en la actualidad las ciencias van avanzado a unos niveles

insospechados, siendo los medios de comunicación masiva, quienes

contribuyen a la divulgación de los avances científico – tecnológicos a nivel

global. Es por la misma razón, que no se debe estar saturando a las y los

estudiantes con información y conocimientos, ya que de acuerdo a la

perspectiva CTS, no es una forma correcta de como ellas y ellos deben

adquirir una real formación científica, sino que es necesario enseñarles a

aprender ciencias, ya que estas les entregarán las herramientas necesarias

para el día a día.

La gracia de aprender ciencias, no es hacer que la o el estudiante

memorice todo, sino que es importante guiar los procesos de razonamiento

y capacidad de análisis, de modo que es de gran ayuda que puedan

obtener una visualización de los fenómenos que se intentan enseñar, así

como enseñar al estudiantado obtener información por sí mismo. Lo

anterior, no se puede lograr con un proceso de enseñanza – aprendizaje

que se tenga una actitud pasiva, sino que por el contrario, existen muchas

posibilidades mediante la cual, las y los jóvenes se expongan a

experiencias concretas, diferentes y novedosas, en las cuales sea capaz de

apreciar los fenómenos que se quien mostrar (Aguayo, 2002).

Existe una falsa experiencia entre las y los docentes, que para enseñar

ciencias desde una perspectiva experimental, se requiera una gran

inversión monetaria y de materiales, aparte de la inversión de tiempo. La

experiencia con Arduino, nos ha permitido comprobar que muchos

~ 13~

experimentos que se realizan con los sensores PASCO®, se pueden

realizar con la programación de los sensores a mucho más bajo costo.

Dadas las características que queremos que posea nuestra propuesta

didáctica, podemos afirmar que corresponde a un enfoque constructivista

de la enseñanza, ya que se concibe al individuo, como el resultado de la

interacción de sus estructuras mentales , en que las niñas y los niños

construyen y reconstruyen de acuerdo con sus interacciones sociales y

lingüísticas (Gallego et. al, 2004). El conocimiento que poseen las y los

jóvenes no es una copia de la realidad, sino una construcción que hace la

persona misma.

La construcción de la realidad, resulta de la representación que hacen

cada una de las personas respecto a la información y de la actividad, ya sea

externa o interna. De lo anterior, podemos decir, que el aprendizaje no es

algo tan simple como la transmisión, internalización y acumulación de

conocimientos, sino que es un proceso vivo de la o el estudiante, para

poder ensamblar, extender, restaurar e interpretar, es decir, es un proceso

de construcción del conocimiento, a partir de los recursos que entrega las

vivencias y la información que reciben las y los estudiantes de la cultura y

sociedad (Vygostsky, 1988).

Pero, ¿cómo las científicas y los científicos hacen su representación de

la realidad? La verdad, es que esta es una pregunta difícil de responder, ya

muchos podrán decir, a través de la “investigación” científica, pero la duda

surge rápidamente, al observar que el cambio constante y la comprensión

de la diversidad y la pluralidad, afectan el conocimiento, el desarrollo, la

aplicación y el estudio de lo que se considera investigación científica

(Monroy, 1998).

“La investigación científica debe estudiarse y considerarse parte de

diversos modo de indagación” (Monroy, 1998, p.89). De acuerdo a estos

~ 14~

argumentos, se puede decir que la forma en que las científicas y los

científicos, representan su “realidad”. Pero ¿qué es la indagación científica?

¿Qué es la indagación científica?

La indagación científica hace referencia a las distintas maneras en los

cuales las científicas y los científicos abordan el conocimiento de la

naturaleza y proponen ciertas explicaciones basadas en las evidencias que

sus trabajos arrojaron. Pero la indagación no solo hace referencia a las

actividades que las científicas y los científicos realizan, sino que hace

referencia a las actividades estudiantiles en las cuales el estudiantado

desarrolla el conocimiento y el entendimiento de las ideas científicas

(Garritz et al, 2009). La indagación es:

Una actividad polifacética que implica hacer observaciones;

plantear preguntas; examinar libros y otras fuentes de información

para ver qué es lo ya conocido; planificar investigaciones; revisar

lo conocido hoy en día a la luz de las pruebas experimentales;

utilizar instrumentos para reunir, analizar e interpretar datos;

proponer respuestas, explicaciones y predicciones; y comunicar

los resultados (NCR, 1996, p. 23).

La indagación es un enfoque de aprendizaje que implica un proceso de

exploración del mundo natural o el material, y que lleva a hacer preguntas,

hacer descubrimientos, y rigurosamente los ensayos de los descubrimientos

en la búsqueda la comprensión. La indagación, en lo que respecta a la

educación científica, debe reflejar lo más cerca posible la empresa de hacer

ciencia real. El proceso de indagación, es impulsado por la propia

curiosidad, asombro, interés, o la pasión de comprender una observación o

resolver un problema (Dow, sf).

~ 15~

De acuerdo a lo anterior, se pueden establecer cuatro tipos de

indagación (Martin-Hanse, 2002, en Garritz et al, 2009):

Indagación abierta: su enfoque se centra en la o el estudiante

que empieza por una interrogante que se intenta responder

mediante el diseño y conducción de una investigación o

experimento y la comunicación de los resultados obtenidos.

Indagación guiada: el o la docente guía y ayuda al estudiantado

a desarrollar investigaciones indagatorias en la sala de clases o

el laboratorio de ciencias.

Indagación acoplada: es la unión entre la indagación abierta y la

indagación guiada.

Indagación estructurada: es una indagación dirigida

principalmente por la o el docente, para que las y los estudiantes

lleguen a puntos específicos.

Además cabe señalar que existen diversas secuencias de enseñanzas

basadas en la indagación. Las más conocidas son: El modelo de las 5E

(Bybee et al., 2006), Enseñanza de las Ciencias Basada en la Indagación

(Verdugo, sf) y el Ciclo Constructivista de Aprendizaje (Sanmartí, 2000).

La metodología indagatoria nace hace cerca de dos décadas atrás, en

Estados Unidos y Francia. En Chile, llega en el año 2002, luego de que un

grupo de científicos y El Ministerio de Educación participaran de una

capacitación en Washington (Mayorga, 2011). El Programa Enseñanza de

las Ciencias Basada en la Indagación), fue incorporado por el Ministerio de

Educación en el año 2005, como una iniciativa experimental que serviría

para complementar la estrategia LEM (Lecto – Escritura y Matemática)

(Centro ECBI, 2012).

~ 16~

Enseñanza de las Ciencias Basada en la Indagación (ECBI)

El programa ECBI se presenta como una opción para renovar la

enseñanza y aprendizaje de las ciencias. Busca aportar al cambio y a la

innovación desde la construcción, mediante la “cercanía, complementación,

alianzas y redes entre la comunidad científica y el mundo docente y escolar”

(Centro ECBI, 2012). Tiene como objetivo principal, incentivar la enseñanza

de las ciencias naturales en la sala de clases (Verdugo, sf).

La metodología se basa en diez principios (Verdugo, sf), de los cuales

sólo destacaremos los siguientes:

Las y los estudiantes observan un problema concreto, real y

cotidiano. A partir de esto, se realiza una investigación que les

permite descubrir el o los conocimientos que se asocian al

problema.

Mientras se va desarrollando la experimentación e investigación,

las y los estudiantes van elaborando hipótesis, y planteando

argumentos con sus propias palabras. En base a la discusión,

van construyendo su propio conocimiento.

Las actividades están propuestas de tal forma, que siguen una

secuencia que está organizada por la o el docente, de manera

que el conocimiento que va construyendo el estudiantado, esté

graduado y perfectamente coordinado.

Cada estudiante posee una bitácora, en cual se podrá apreciar

su registro individual. Tendrá anotado todo lo que observa,

concluye y aprende de la situación que se está trabajando y

estudiando.

~ 17~

La finalidad de la actividad indagatoria, es que la o el estudiante,

se apropie progresivamente del aprendizaje, lo que será un

aprendizaje significativo.

El enfoque de ECBI es sistémico (NSRC, 1997), es decir, de una u otra

forma se encuentra presente en todos los elementos del sistema, por lo que

cuando se quiere implementar dentro de una sala de clases, hay que

intervenir el desarrollo profesional, los materiales educativos, la evaluación

y la participación de la comunidad.

Ilustración 2: Relación1 sistémica entre los distintos elementos del enfoque

1 Obtenida de: http://www.ecbichile.cl/enfoque-sistemico/ . Recuperado el 15 – 08 – 2013

~ 18~

La secuencia de enseñanza del ECBI (Verdugo, sf), se resumen en

cuatro grandes pasos:

FASE DESCRIPCIÓN

Focalización

Consiste en presentar un problema cuyo tema a

abordar, se relacione con el objetivo de la actividad. Al

mismo tiempo que se busca centrar la atención en un

problema específico, se podrán plantear preguntas que

ayuden a las y los estudiantes a elaborar argumentos.

Es importante que cada una y cada uno de los

integrantes del grupo respondan las interrogantes que

se plantean en forma individual y todas deben estar

justificadas. Las respuestas no se deben responder

con un simple no o un simple si, se debe incentivar en

las y los estudiantes, la argumentación.

Exploración

En esta fase está la clave de todo el proceso. Aquí se

hará una actividad experimental con materiales de fácil

acceso. No debe requerirse un laboratorio sofisticado

ni grandes montajes que ilustran, casi siempre, la idea

de laboratorio de ciencias. La sala de clases, el patio,

un pasillo, la cocina, el comedor, cualquier lugar puede

ser útil. Antes de construir, o experimentar algo, se

explica al estudiantado lo que se va a realizar y se le

hace alguna pregunta, la que debe ser respondida con

argumentos, que conduzca a la formulación de

hipótesis en relación al problema que se presenta. Se

insiste, se debe dejar que la o el estudiante escriba

sus ideas con sus palabras. Ya habrá momentos en

donde se afine el lenguaje y otras cosas. En el fondo lo

~ 19~

que se pide al estudiante es que realice una predicción

del resultado experimental que se tendrá.

Comparación

/Contraste

Aquí es donde se afianzan los conocimientos previos

del estudiantado, también es donde se producen las

modificaciones de los mismos. Aquí es donde se

manifiesta el aprendizaje que pudo haber obtenido

la/el estudiante. Una vez que se han obtenido los

resultados experimentales es hora de ver si las

predicciones e hipótesis hechas en forma individual y

grupal se ven o no confirmadas. Se espera que si lo

predicho se constata en la observación experimental,

hay un argumento empírico que da validez a los

conocimientos previos que tenían. Si no se cumple lo

predicho, entonces debe producirse una modificación

de los conocimientos previos. Cualquiera sea la

situación, lo interesante es que lo acertado o no que

estaban los conocimientos previos, sobre un tema

específico, proviene de una verificación experimental.

Y la actividad fue realizada por los propios estudiantes,

ANTES que se enseñara formalmente el tema del

objetivo de la actividad.

Aplicación

Ésta es la primera verificación si el objetivo que se

había propuesto para la actividad ha sido logrado con

éxito. Es una fase donde se transfiere lo aprendido a

otras situaciones que no necesariamente se han

planteado en la actividad hasta el momento anterior a

esta instancia. La transferencia de los aprendizajes es

un gran desafío de todo el proceso de enseñanza–

aprendizaje y aquí tenemos la ocasión de incluirla en

~ 20~

una fase metodológica.

Tabla 1: Secuencia de Enseñanza ECBI

2.4 Lenguaje de Programación en Estudiantes de Educación Media.

En la actualidad, se acepta que se ya no estamos en una era que la

enseñanza basada en la transmisión de contenidos, sea la forma en que se

desarrollan las capacidades. Para evitar lo anterior, hay que establecer

estrategias mediante las cuales, al estudiante se le haga protagonista

principal de su proceso de enseñanza – aprendizaje.

Las investigación y estudios recientes, señalan que diversos conjuntos

de habilidades en la educación, debe fomentar que los estudiantes puedan

tener éxito en el mundo digital y globalizado, en el cual vive. Es decir, se

hace fundamental, establecer estrategias educativas que contribuyan al

desarrollo de las habilidades de pensamiento, fundamentales para este siglo

XXI.

Dentro del conjunto de las habilidades de pensamiento científico, están

las ya mencionadas con anterioridad, las que se encuentran la parte

superior de la Taxonomía de Bloom, las cuales ayudan a desarrollar las

creatividad del estudiantado, como la habilidad para poder resolver

problemas, es por eso, que las estrategias seleccionadas deben ser

efectivas al momento de ser utilizadas en el aula.

El uso de lenguaje de programación, constituyen una alternativa para

responder ante la necesidad de desarrollar habilidades y no de formar

programadores. El uso de lenguaje de programación, ayuda a desarrollar el

uso de la lógica. Es importante que al momento de enseñar programación,

se usen metodologías adaptadas especialmente para niñas, niños y jóvenes,

sobretodo en el uso de algoritmos y programación, ya que muchas veces las

~ 21~

y los docentes utilizan metodologías directas de la educación superior, sin

tomar en cuenta los procesos mentales de las y los estudiantes.

Dada la urgencia actual para que los estudiantes desarrollen habilidades

del Siglo XXI, se debe empezar a trabajar en el aula, con ese propósito,

desde edades tempranas; y la posibilidad de contacto directo y divertido con

diferentes entornos de programación, puede acercarlos a alcanzar dicho

objetivo (EDUTEKA, 2009).

2.5 Tecnologías de la Información y Comunicación (TIC)

La evolución de la Sociedad, siempre ha estado asociada a la creación y

confección de aparatos tecnológicos con el fin de ampliar y extender, tanto

los sentidos como las capacidades de las personas, para poder actuar

sobre otros elementos y transformarlos, superando así las limitaciones

propias de la especie. De todas las Tecnologías creadas por el Hombre2, los

que tienen relación con la función de representar y transmitir la información,

tienen una mayor importancia, ya que intervienen directamente en todos los

ámbitos de la actividad humana (Coll, 2004)

“Las TIC han sido siempre, en sus diferentes estadios de

desarrollo, instrumentos utilizados para pensar, aprender, conocer,

representar y transmitir a otras personas y otras generaciones los

conocimientos y aprendizajes adquiridos” (Coll, 2004 , p. 2)

Las distintas instituciones educaciones, se van transformando debido a

las Tecnologías de la Información y Comunicación. Las TIC van transformando

los escenarios educativos, al tiempo que hacen aparecer otros. La

incorporación de las TIC en educación, vienen siendo reclamadas y justificadas,

2 Al hablar de Hombre, se hace relación a la especie humana y no a un género en particular.

~ 22~

con el argumento de contribuir a la mejora de la calidad del aprendizaje y

enseñanza. Pero resulta muy difícil establecer relaciones causales confiables

entre el uso de las TIC y la mejora de aprendizaje del estudiantado (Coll, 2004).

Respecto al impacto que pueda generar las TIC en las salas de clase, no

depende del tipo y menos de las características de las tecnologías, sino que del

uso pedagógico y didáctico que se hace de estas (Villarreal, 2011)

En los últimos años, se ha evidenciado un auge en el uso de los

materiales hipermedia en la enseñanza de las ciencias, llegándose a asignar

un cambio catalizador en la docencia, ya que al usarlos en la sala de clases,

puede suplir ciertas carencias dentro de ellas, en cuanto a la interactividad,

dinamismo y dimensionalidad (Garritz, 2010).

Las Tecnologías de la Información y Comunicación en Educación (de

ahora en adelante, TIC), brindan un amplio espectro de posibilidades para la

didáctica de las ciencias, debido a la gran cantidad de actividades

disponibles tanto en la red, como las oportunidades que se ofrecen en la

práctica, tanto dentro como fuera del aula, por la incorporación de nuevos

equipos tanto en los laboratorios como en las salas de clases (Pintó et al.,

sf).

Dada la naturaleza de este seminario, las TIC utilizadas no están

enfocadas al uso de simulaciones en un computador, sino más bien a la

utilización de los computadores como una herramienta para la programación

y posterior utilización de los microcontroladores, en el uso de sensores. A

través del uso de placas, tales como Arduino, se podrían utilizar los

computadores además como una herramienta, con el cual se pueden

procesar los datos del sensor utilizado, a través de la misma placa

~ 23~

2.6 El diseño de Unidades Didácticas para la enseñanza de las Ciencias

La preparación de las clases constituye una de las labores a realizar a

diario por parte de las y los docentes. El preparar una clase con lleva a una

selección organización y secuenciación de los contenidos, así como

también el diseñar actividades de clases y la anticipación ante eventuales

problemas que se pudiesen dar en la sala de clases. Todo lo anterior, se

puede traducir en una cadena de acciones (Campanario & Moya, 1999).

Las nuevas tendencias curriculares predominantes, desde la mirada

constructivista de la enseñanza – aprendizaje, conllevan a que la o el

docente deben tener una amplia autonomía para determinar los contenidos

curriculares a trabajar, para el posterior diseño de las Unidades Didácticas

(de ahora en adelante, UD), que aplicará clase a clase con sus estudiantes.

Además es imprescindible hacer notar que detrás de cada propuesta

didáctica, existe una postura epistemológica con fundamentos

multidisciplinarios (pedagógicos, psicológicos y didácticos), ya que no son el

resultado de una reflexión teórica (Sanmartí, 2011).

Pero ¿qué es una UD? A lo largo de del tiempo, han surgido múltiples

definiciones de acuerdo a lo que entiende a cada autor como tal. De

acuerdo a lo que se trabajará en este seminario, la definición más cercana

es la que propone Cañal, definiéndola como “un conjunto de actividades

estructuradas en función de una orientación didáctica determinada, de una

estrategia de enseñanza y de unas modalidades de regulación específicas”

(Cañal, 1997). Dado que es un conjunto de actividades estructuradas, no

hay que dar de tener en cuenta que los mejores diseños didácticos, son los

que responden a la diversidad de inquietudes y necesidades de las y los

estudiantes (Sanmartí, 1997). Aspecto importantísimo al momento de definir

metas.

Entonces, basándonos en nuestro trabajo de investigación, es necesario

que se determine que es lo que se quiere lograr con nuestra propuesta

~ 24~

didáctica, sobre todo considerando el introducir tecnologías poco

convencionales a la sala de clases. Desde la mirada del Ajuste Curricular

del año 2009, nuestra mayor preocupación, es que a través del uso de

microcontroladores se sea capaz de desarrollar ciertas habilidades de

pensamiento científico, que sin estas las actividades que se propondrán no

se desarrollarían.

¿Qué elementos componen una UD? (Díez, 2013)

Lo primero que hay que considerar al momento de diseñar una UD, qué

es lo que quiero lograr con dicha UD. Para ello, lo primero que hay que

plantearse, son los Objetivos de Aprendizaje, es decir, pensar qué

habilidades quiero que desarrolle el estudiantado, con las actividades que

se plantean y con el uso de dispositivos de electrónica, como son los

sensores y los microcontroladores. El aspecto clave a considerar, es que

los objetivos deben ser planteados a partir de las capacidades que tienen

las y los jóvenes; y adecuarlos a la diversidad del estudiantado, ya que las

UD deben permitir distintos grados de adquisición de un contenido y permitir

la participación de todos en una tarea común.

Posteriormente, hay que considerar los contenidos concretos que van a

ser objeto de aprendizaje. La selección de los contenidos, se tienen que

elegir con cuidado, ya que deben considerar tres aspectos fundamentales

en el proceso de alfabetización científica: conceptos, procedimientos y

actitudes (PISA, 2006), debe haber un equilibrio entre ellos, sin dejar de

lados los Objetivos Fundamentales Transversales. Los contenidos que se

selecciones, deben contribuir a desarrollar las características individuales

existentes entre las y los estudiantes.

A pesar de que el punto anterior es de suma importancia, muchas veces

la formulación de los objetivos se identifican en forma clara con los

contenidos que serán abordados, por lo que muchas veces enumerar los

~ 25~

contenidos, podrían resultar un tanto redundante. Esto evidencia, que la hay

una estrecha relación entre el Objetivo de aprendizaje y los contenidos.

Una vez que se tienen los objetivos y los contenidos escogidos, es

importante considerar las actividades y las estrategias a utilizar y en qué

determinado tiempo se realizará. Esto significa que hay que tener a la vista

las habilidades de pensamiento científico que se proponen en el Marco

Curricular (2009), de acuerdo a las características del grupo, tanto docente

como estudiantes y los medios que se disponen para tal suceso. Una vez

definido los parámetros con los cuales se trabajarán las diversas

actividades, se define la secuencia de actividades y se estima el tiempo

que se ocupará en cada una de ellas.

De acuerdo a diversa bibliografía, todas coinciden en una estructura

principal que se adecua a las distintas necesidades del estudiantado. El

esquema que sigue a continuación, nos permite visualizar mejor dicha

estructura (Hernández, 2011):

Ilustración 3: Estructura principal de una unidad didáctica (Hernández, 2011).

Sin duda uno de los aspectos al momento de diseñar la unidad didáctica,

es tener en consideración, es la cantidad de recursos que se disponen. En

nuestro caso, es de suma importancia considerar de que se disponga con la

adecuada implementación de los kits Arduino, así como también de la

cantidad de necesaria de cables y circuitos eléctricos, ya que son ellos no

se pueden llevar a cabo las experiencias prácticas de aprendizaje.

Actividades de Exploración

Actividades de Promoción

Actividades de Síntesis

Actividades de Generalización

~ 26~

Por último, hay que considerar la evaluación. La evaluación se entiende

como un proceso de autorregulación, es decir, es parte integrante del

proceso de enseñanza y aprendizaje y tiene como finalidad extraer

información para poder tomar decisiones, planificar, reflexionar y adecuar la

práctica educativa, por parte del docente, para mejorar el proceso de

aprendizaje – enseñanza de todo el estudiantado. Además, las y los

estudiantes son capaces de autorregularse e identificar la forma en que

están aprendiendo (Zulma, 2006). En este sentido, la evaluación no se

centra en la medición de rendimientos, ni tampoco se puede centrar toda la

responsabilidad al docente, sino que como una instancia de mejora de las

distintas propuestas didácticas que se quieran implementar.

El esquema que sigue a continuación, nos resume los elementos que hay

que considerar a la hora de elaborar una unidad didáctica.

Ilustración 4: Aspectos a considerar al momento de elaborar una unidad didáctica.

~ 27~

2.7 Arduino – Microcontroladores.

Desde que se ha ido profundizando el conocimiento en el

comportamiento de los electrones a nivel microscópico, el ámbito de la

electrónica se ha ido desarrollando y estructurando, de manera que es

necesario trabajar con diferentes y muy específicos componentes

electrónicos, que corresponden a cualquier elemento que forme parte de un

circuito, como por ejemplo un condensador, una resistencia, un diodo o un

LED. Si tomáramos diferentes componentes electrónicos, y los

conectásemos de una manera adecuada, podríamos construir diferentes

dispositivos que pueden resultar más comunes en nuestra vida diaria, como

por ejemplo una radio, una fuente de poder o un temporizador.

En la actualidad, el avance tecnológico es tan grande y tan masivo, que

la digitalización de las cosas ha llegado a alcanzar a aparatos tan comunes

para nosotros, que hasta finales del siglo XX, seguían siendo en su gran

mayoría analógicos. Para ello fue necesario agregar a los circuitos un tipo

diferente de componente electrónico, llamado microcontrolador, éste es un

circuito integrado (también llamado chip o microchip) programable, el cual

posee memoria, una unidad central de procesamiento (CPU) y dispositivos

de entrada y salida (I/O) para la comunicación con otros dispositivos. La

función de un microcontrolador es la de almacenar y ejecutar ciertas

instrucciones lógicas digitales grabadas en su memoria a través de un

grabador manejado por un software (por ejemplo ICProg., software para

programar los microcontroladores). Dichas instrucciones dependerán de la

tarea específica que deba cumplir el microcontrolador. Se debe tener en

cuenta que al poseer una CPU en su interior, la frecuencia de la ejecución

de las instrucciones grabadas en el microcontrolador, dependerá de la

frecuencia del cristal externo al microcontrolador siempre que no se supere

la frecuencia máxima de trabajo del mismo.

~ 28~

Una de las grandes ventajas de los microcontroladores es su bajo costo,

su bajo consumo y su ahorro de espacio dentro de un circuito, ya que dentro

del encapsulado existe un circuito microscópico creado a través de

fotolitografía, el cual es de muy bajo consumo.

Antes del año 1971, para construir un circuito lógico que pudiese

interpretar diferentes instrucciones, eran necesarios muchos transistores,

resistencias y cálculos matemáticos, por lo cual estos requerían de muchos

ajustes y a la vez presentaban muchos fallos (Aguayo, 2004). Pero en aquel

año, fue lanzado el primer microprocesador por la compañía Intel, llamado

i4004, que posee 2300 transistores en un circuito que actualmente, no es

más grande que una moneda. Posteriormente a falta de almacenamiento

digital, y manteniendo sus pequeñas dimensiones, fue construido el primer

microcontrolador, hecho que sería el primer paso para la futura creación de

los computadores actuales.

Con estos componentes, que están incluidos en la mayoría de los

aparatos electrónicos que solemos usar, como calculadoras, televisores,

celulares, videojuegos, etc., es posible desarrollar nuestros propios circuitos

y programas, para que el microcontrolador realice, pero teniendo esta

finalidad es necesario poseer dos componentes indispensables, un lenguaje

de programación con su compilador y un programador. Este último es un

dispositivo que permite almacenar la información e instrucciones de un

programa digital en la memoria del microcontrolador, mientras que el

lenguaje de programación, corresponde a un lenguaje artificial, construido

principalmente como traducción de diferentes instrucciones lógicas que

posteriormente serán ingresadas al dispositivo, ya que son recibidas como

cadenas de ceros y unos, que para nosotros los humanos resulta difícil de

comprender. Un buen ejemplo se puede apreciar en la Ilustración 5, donde

se ve un programa en lenguaje C++.

~ 29~

Algunos de los lenguajes de programación más populares corresponden

a: Arduino, C, C++, Java, Maple, MatLab, Basic, Visual Basic, etc.

Los microcontroladores Arduino incorporan una entrada de alimentación

directa, y un programador mediante USB que a su vez funciona como

alimentación, además de un lenguaje y software de programación gratuitos y

de código abierto.

“Arduino es una plataforma de electrónica abierta para la creación

de prototipos basada en software y hardware flexibles y fáciles de

usar. Se creó para artistas, diseñadores, aficionados y cualquiera

interesado en crear entornos u objetos interactivos.” (Arduino.cc,

2011)

Para trabajar con Arduino, es necesario que la o el docente y el

estudiantado, tengan la capacidad de manejar un computador a nivel de

usuario, y puedan comprender las nociones básicas de la programación

(partiendo de la base de la lógica proposicional), ya que mediante manuales

o guías de ejemplo, es posible aplicar sin dificultad las diferentes

instrucciones lógicas que requiere un programa.

En la ilustración a continuación se puede apreciar el modelo “Arduino

UNO”:

Ilustración 5:

Programa que

cuenta de 1 a 100 en

C++, mediante

comando “for () {}”.

~ 30~

Ilustración 6: Módulo Arduino UNO3

Datos técnicos de la plataforma Arduino

Existen diferentes módulos de Arduino, los principales son: Uno, Mega,

Duemilanove, Pro, Nano y Mini. Siendo el primero de ellos, el más básico y

suficiente para el trabajo a realizar en una sala de clases.

Las características electrónicas del Módulo Arduino Uno, con el cual

trabajaremos, son las siguientes:

Microcontrolador ATmega328

Voltaje operativo 5V

Entrada de voltaje recomendado 7-12 V

Pines Digitales I/O 14 (6 de ellas con

PWM*)

Pines de entrada análoga 6

Corriente directa de los Pines 40 mA

Corriente directa para los Pines de

3.3V 50 mA

Memoria Flash 32 KB

Pulse-Width Modulation Puertos 3, 5, 6, 9, 10,

11 Tabla 2: Características

4

3 Imagen obtenida en: http://arduino.cc/en/uploads/Main/ArduinoUno_r2_front450px.jpg

4http://www.arduino.cl/int/caracteristicas.html

~ 31~

La plataforma Arduino ofrece una gran variedad de opciones a la hora de

querer trabajar con ella, y es por eso que la educación de la física se puede

llegar a ver muy favorecida con un dispositivo y software de estas

características. Mediante guías de trabajo y una correcta aplicación por

parte de los docentes, el dispositivo Arduino puede aterrizar a las salas de

clases instrumentos de laboratorio, tales como una gran gama de sensores,

con los cuales realizar diferentes experimentos, gracias a la gran versatilidad

que posee. Además es muy importante recalcar, que para desarrollar los

diferentes programas con los cuales se trabajará, es necesario aprender

física, ya que la gran capacidad que ofrece la plataforma Arduino para poder

visualizar ciertos fenómenos físicos que antes eran imperceptibles dentro de

una sala de clases, llamará enormemente la atención de los estudiantes,

debido a lo innovador que resulta trabajar en el aula utilizando tecnologías

poco manejadas por el público general y que son propias del quehacer

científico actual.

El lenguaje de programación utilizado es el lenguaje propio de Arduino, el

cual está basado en los lenguajes de programación C y C++. El entorno de

desarrollo integrado o tambien llamado IDE (de la sigla en inglés integrated

development environment) es una herramienta para desarrollar el software

que se escribirá en el microcontrolador. En este caso el IDE para desarrollar

los software de manejo de sensores será el programa de mismo nombre de

la interfaz y lenguaje de programación (Arduino), el cual está constituido por

un editor de texto para escribir el código, un área de mensajes, una consola

de texto, una barra de herramientas con botones de acceso rápido y una

serie de menús tal como se muestra en la ilustración.

~ 32~

Lenguaje de Programación en Placa Arduino (Arduino, 2013)

La programación de Arduino se desarrolla en torno a 3 partes principales,

la estructura, los valores y las funciones, además de esto es posible agregar

librerías, esto es un subprograma dentro del software que realiza una

función específica para el funcionamiento general, pero que sirve para tener

un desarrollo modular dentro de la programación, la librerías pueden ser

externas o bien creadas por el usuario.

En resumen, si las variables, las funciones y las librerías poseen una

debida estructura (referida a la lógica), se crea un software para que el

microcontrolador complementado con hardware apropiado, realice una

función específica, en este caso, la lectura de sensores.

5http://4.bp.blogspot.com/-PAk 1ZLISfo/T_eVzsFq8tI/AAAAAAAAAjQ/l7q_xXrkIm8/s1600/ide+arduino+2.png

Ilustración 7: Software de programación Arduino5

~ 33~

Referencias del lenguaje Arduino utilizadas en el uso de sensores

Para el uso de los sensores utilizados dentro del presente trabajo, es

necesario definir ciertas funciones, variables y la estructura utilizada dentro

del código creado para la lectura del sensor. La descripción se dividirá en

torno a los tres componentes principales: la estructura, las variables y las

funciones.

Estructura

setup(): se establece cuando se inicia un programa. Se utiliza para

iniciar variables, establecer el estado de los pins, inicializar librerías,

etc. Esta función se ejecuta una única vez después de que se

conecte la placa o se reinicie la placa.

loop(): se utiliza después de la función setup(), como dice su nombre,

la función loop() crea un bucle y se ejecuta consecutivamente, de

manera que la placa arduino funciona de manera activa y sin

detenerse.

Estructura de control

if: es la función lógica que se ejecuta cuando se cumple una cierta

condición de comparación. Posee la siguiente estructura:

if (condición) {entonces}

for: es un bucle contador, el cual ejecuta las funciones que se

encuentran dentro de él un determinado número de veces, cada vez

que realiza un bucle se utiliza un incremento del contador hasta

terminar el bucle y continuar con la función que siga dentro del

programa.Su estructura es la siguiente:

for (declaración de variable (opcional) valor de inicio de la variable;

test; incremento o decrecimiento)

~ 34~

Estructura de sintaxis

“;” (punto y coma): es utilizado dentro del programa para terminar una

declaración.

“{}” (llaves): se utilizan dentro de funciones de estructura, loops y

sentencias condicionales con el fin de generar bloques de instrucciones a

ejecutar.

“//” (comentarios): se utilizan para aclarar o comentar alguna instrucción

dentro del programa, todo lo que se escriba a la derecha de estas líneas son

ignoradas por el compilador (IDE) por lo cual no ocupan espacio en el

microcontrolador.

Operador comparativo

“==” (igual a) : se utiliza cuando se quiere comparar dos variables, de

modo que se utiliza junto con las estructuras de control, de modo que el

programa comprueba si una variable es idéntica a otra.

Operador de composición

“++” (incremento): incrementa una variable en una unidad

Variables

Constantes

HIGH/LOW: definen el nivel o estado de un pin digital cuando este se

lee o escribe, el pin estará en HIGH cuando en el pin hay más de 3

voltios y el pin estará en LOW cuando en el pin hay menos de 3

voltios.

INPUT/OUTPUT: definen si un pin se utilizará como entrada o salida

de información. Si el pin se configura como INPUT, el pin se

~ 35~

encontrará en un estado de alta impedancia. Si el pin se encuentra en

OUTPUT, éste se encontrará en un estado de baja impedancia.

Tipos de datos

byte: se declara una variable con un valor desde 0 a 255

int: se declara una variable con un valor entero dentro de un rango

entre -32768 y 32767

long: se declara una variable dentro de un rango entre -2147483648

hasta 2147483647

void: se utiliza sólo cuando se quieren declarar funciones, ya sea

loop(), setup(), o alguna función creada por el usuario.

Array: también llamado matriz, es una colección de variables que

son accedidas mediante un número de índice. Los arrays son zero

index, lo que referido a una matriz quiere decir que el primer

elemento está en índice cero, por lo que si se quiere acceder a al

primer elemento dentro de la colección se debe invocar la posición 0.

Funciones

E/S digitales

pinMode(): se utiliza para configurar un pin como INPUT o OUTPUT.

Se escribe de la forma:

pinMode(pin,valor)

digitalWrite(): escribe un valor HIGH o LOW en un pin digital. Se

escribe de la forma:

digitalWrite(pin,valor)

~ 36~

E/S analógicas

AnalogRead(): lee el voltaje en un pin analógico especifico de la

interfaz.

E/S avanzadas

tone(): genera una onda cuadrada con una frecuencia especificada,

en un pin digital determinado y con una determinada duración.Se

escribe de la forma:

tone(pin, frecuencia, duración)

Tiempo

millis(): devuele el tiempo en milisegundos transcurridos desde que

arrancó la placa Arduino con el programa actual.

delay(): pausa el programa por un determinado tiempo en

milisegundos.

delayMicroseconds(): pausa el programa en un determinado tiempo

en microsegundos.

Matemática

map(): cambia un numero desde un rango hacia otro, es decir, un

cierto valor que varía dentro de un rango, lo cambia a otro valor

proporcional dentro de otro rango determinado.Se escribe de la

forma:

map(valor, límite inferior actual, límite superior actual, límite inferior

deseado, límite superior deseado).

~ 37~

CAPÍTULO III: MARCO METODOLÓGICO

En las propuestas didácticas, que se presentan en los seminarios de

grados, la metodología cualitativa es la más utilizada, para poder interpretar

la información que se recogerá en las Escalas de Apreciación, con la

finalidad de poder tomar decisiones respecto a si el diseño de material

didáctico, es consecuente con los objetivos de la propuesta.

3.1 Diseño de Investigación

De acuerdo a la naturaleza de este seminario de grado, el diseño que

utilizaremos será descriptivo (Sandín, 2003), ya que nuestra finalidad es

Confeccionar y Diseñar una estrategia didáctica, basada en el Enfoque CTS

para el estudio de la física en Educación Media, mediante la interacción de

sensores y microcontroladores.

El diseño descriptivo, requiere un conocimiento del área que se está para

formular las preguntas específicas que se buscan responder, para establecer si

el diseño de la propuesta didáctica, es coherente con los objetivos planteados.

3.2 Descripción de los procedimientos

Una vez establecida la Fundamentación Teórica, nos queda señalar que

procedimiento seguiremos para el desarrollo de ésta.

Para poder desarrollar las guías de trabajo, tuvimos que seguir una serie

de pasos, en las cuales en orden cronológico, consistieron en identificar, usar y

comprender el lenguaje de programación del microcontrolador que posee la

Placa Arduino. Posteriormente, fue necesario establecer que sensores se iban a

utilizar durante la experiencia y posteriormente se programó el microcontrolador

para manejar cada uno de los sensores utilizados.

Con el instrumental listo para poder tomar valores, se hizo necesario

establecer los ejes temáticos con los cuales trabajaríamos. Para ello,

~ 38~

escogimos dos de los ejes transversales del Sector de Ciencias6, los cuales

son: “La materia y sus Transformaciones” y “Fuerza y Movimiento”.

Tras elegir los ejes temáticos, se hizo un estudio de los Contenido

Mínimos Obligatorios7 (de ahora en adelante, CMO) y se establecieron

cuáles de estos CMO eran abordables con el uso de la Placa Arduino y la

metodología indagatoria ECBI.

Una vez que las guías fueron construidas, se establecieron una serie de

pautas de evaluación, de la forma de Escala de Apreciación, para evaluar el

trabajo en las guías, así como también se establecieron una serie de

indicaciones al docente, tanto a nivel procedimental para poder instalar los

circuitos necesarios, así como también indicaciones didáctica para la

aplicación de las guías de trabajo en el aula.

Finalmente estas guías son validadas por un comité de profesionales,

mediante una Escala de Apreciación, para verificar que las instrucciones y la

estructura del material didáctico sea adecuado a los objetivos de este

seminario de grado.

Ilustración 8: Proceso metodológico

6 Los seis ejes transversales son: Estructura y función de los seres vivos; Organismo, ambiente y sus

interacciones; La materia y sus transformaciones; Fuerza y Movimiento; La Tierra y el Universo y Habilidades de Pensamiento Científico. 7 De acuerdo al Marco Curricular del año 2009

~ 39~

3.3 Programación de Placa Arduino

Programación de la plataforma Arduino para el manejo del sensor de

temperatura (LM35)

Para poder controlar y obtener valores desde este sensor, se utilizó tanto

el IDE como el lenguaje de programación Arduino, el sensor posee tres

terminales, dos para su alimentación y una tercera que entrega un voltaje

proporcional a la temperatura del sensor (10mV/°C) y que va conectada a

una de las entradas analógicas de la plataforma Arduino. La señal

analógica anterior ingresa a un conversor análogo-digital (conversor A/D) de

6 canales y una resolución de 10 bits, es decir, el conversor análogo digital

retorna valores enteros entre 0 y 1023. El conversor análogo-digital del

Arduino requiere de un voltaje de referencia para realizar la conversión A/D.

Así, por ejemplo, si se utiliza una tensión de referencia de 5V, el conversor

A/D convertirá las tensiones de entrada a números enteros entre 0 y 1023,

proporcionando una resolución de lectura de 5 voltios/ 1023 unidades, es

decir, 0,0049 voltios por unidad, por lo que si del conversor análogo digital

se obtiene un valor de 512, en la entrada analógica se encontrará a 2,5

volts.

En este caso se utilizó un voltaje de referencia de 1,1 volts, por lo que se

obtendrán valores de temperatura de entre 0 y 110°C, considerando que el

sensor (LM35) entrega 10mV/°C.

Los valores de temperatura serán mostrados en display de 7 segmentos,

los cuales pueden ser de ánodo o cátodo común dependiendo de dónde se

quiera manejar las señales digitales. En nuestro caso, los display utilizados

serán de cátodo común (los LEDs dentro del display tienen el cátodo

conectados a un mismo nodo llamado cátodo común) de manera que para

encender cada LED dentro del display, se irán cambiando las señales que

se envíen a los ánodos (ya sea 0 o 1) de cada uno generando una corriente

eléctrica que encienda cada LED dependiendo del carácter numérico que

~ 40~

se quiera mostrar. Para ello los valores de los cuales se hará medición

dentro de las actividades experimentales que se mostrarán más adelante,

se utilizarán 3 display de 7 segmentos, uno asignado a las décimas, otro a

las unidades y otro a las decenas, de modo que los valores de temperatura

que se mostrarán, se encontrarán en un rango de 0,0°C a 99,9°C, el cálculo

de tales valores (decima, unidad y decena) se realizarán dentro del

programa mismo de acuerdo a la matemática que maneja el

microcontrolador.

Un display de 7 segmentos posee 8 terminales, a cada segmento se le

asigna una letra con el objetivo de generar un orden en común para todos

los display, siete para generar un número o letra y otro para encender un

punto tal como se muestra en la ilustración 9; de manera que para utilizar 3

display se requieren entre 21-24 salidas digitales. Para no utilizar tantas

salidas digitales (la plataforma Arduino Uno no posee tal cantidad de

salidas) se utiliza la técnica del multiplexado, de tal forma que mediante los

canales de información que se utilizan para encender un display de 7

segmentos, se encenderán también los otros dos. La técnica consiste en

encender cada display de manera secuencial durante un periodo de tiempo

muy corto, suponiendo que cada display se enciende un milisegundo, se

genera un efecto visual que hace parecer que los 3 display se encontraran

encendidos a la vez.

Ilustración 9: Display de siete segmentos

~ 41~

Montaje del dispositivo

Para ensamblar el dispositivo “sensor de temperatura”, es necesario construir

un montaje como el de la ilustración 10, donde es importante respetar la

ubicación de las diferentes conexiones. En caso de cambiar alguna, resulta

necesario cambiar la programación del Arduino, ya que ésta controla las salidas

digitales y entradas analógicas, permitiendo el funcionamiento apropiado del

aparato.

Ilustración 10: Montaje del dispositivo, creado con Fritzing

~ 42~

Considere que el color de los cables no es algo importante, y además que el

buzzer, es solo una función sonora para regularizar las mediciones, por lo que

puede ser extraído sin problemas. Lo demás en el circuito resulta

imprescindible.

Ilustración 11: Esquemático sensor de temperatura

~ 43~

Programación de la plataforma Arduino para el manejo del sensor de

flexión de 2.2’’

Al igual que en el manejo del sensor anterior, se utiliza tanto el lenguaje

de programación como el IDE de Arduino.

Este sensor posee dos terminales, ya que en el fondo el sensor de

flexión está construido con un material tal que funciona como una resistencia

variable, que depende del grado de flexión al que esté sometido.

Ilustración 12: Esquema posiciones del sensor flectado

La calibración de este sensor dependerá de las limitantes físicas de éste,

las cuales vienen dadas por la resistencia máxima o mínima que pueda adquirir

dependiendo de los distintos grados de flexión. De acuerdo a la información

proporcionada por el proveedor la resistencia del sensor puede variar dentro de

un rango de 45-125 kOhm. Además se debe considerar también el radio de

flexión que se le aplica al sensor, ya que no será lo mismo doblar el sensor

partiendo desde la mitad de éste o desde el comienzo. Para lograr una

calibración práctica dentro de éste trabajo, se propondrá una cierta longitud de

flexión, sin embargo, la metodología de la calibración del sensor es la misma

para los distintos radios de flexión que se quieran utilizar.

~ 44~

Dado el microcontrolador solo nos permite medir voltajes, se utiliza un

divisor de tensión para medir indirectamente la resistencia del sensor a través

del voltaje en el mismo y así poder tener un dato que pueda ser interpretado y

procesado en alguna de las entradas analógicas.

Dadas los valores de resistencia del sensor, los cuales están en el orden

de los kOhm, y sabiendo que los valores de voltaje que se deben utilizar no

deben exceder los 5 volt (debido a las características de las entradas

analógicas de la plataforma Arduino), las variaciones de voltaje que existen en

los terminales del sensor de flexión son muy pequeñas, del orden de las

décimas de volt, de manera que para poder diferenciar entre las diversas

mediciones y para poder ajustar la resolución del instrumento, se hace uso de

amplificadores de voltaje, seguidores de voltaje y comparadores construidos en

base a amplificadores operacionales. El seguidor de voltaje entrega en la salida

un voltaje igual al de entrada pero tiene una impedancia de entrada tan alta que

la corriente de entrada es despreciable. De esta forma se puede medir el voltaje

en un divisor de tensión, formado por la resistencia del sensor en serie con otra

resistencia, sin drenar corriente al divisor. También se utiliza un amplificador

diferencial que permite eliminar el “offset” de la señal y, al mismo tiempo,

amplificarla por un factor de aproximadamente 10, de manera que si las

variaciones de voltaje en el sensor iban de 0 a 0,4 volts, luego de amplificar la

señal variarán de 0 a 4 volt. No necesariamente la variación debe amplificarse

por un factor de 10, esto dependerá de las resistencias utilizadas dentro del

circuito, de manera que la señal podría amplificarse de acuerdo a un cierto

factor que dependerá de los propósitos del experimentador. Esto genera una

mejor resolución en las mediciones ya que se tienen datos de voltaje más

manejables al momento de mapear los valores en Arduino.

~ 45~

Montaje del dispositivo

Para ensamblar el dispositivo “sensor de fuerza”, se debe hacer un

montaje similar al presentado en el siguiente esquema.

Ilustración 13: Montaje del sensor de fuerza, creado con Fritzing.

De todas maneras, para trabajar el diseño más detallado de este

dispositivo, se puede trabajar con el manual asociado a él, donde es posible

encontrar un diseño esquemático de la conexión de los display, los

operacionales, el sensor de flexión y la fuente de voltaje positivo y negativo.

~ 46~

Ilustración 14: Esquemático sensor de flexión

Calibración del sensor de flexión

Para calibrar el sensor, a cada valor de voltaje que ingrese a la entrada

analógica se le asignará un valor de masa previamente conocido. Luego de

esto se crea una relación entre las variables masa y voltaje en los terminales

del sensor observando el tipo de función al cual se ajustan los puntos

obtenidos. A continuación se extrapolan los valores, obteniendo una función de

masa-voltaje, para posteriormente poder asignarle un valor de masa a cualquier

valor de voltaje que arroje el sensor utilizando la función encontrada en el

~ 47~

ajuste, obviamente lo anterior se realiza considerando las limitaciones físicas de

voltaje que puede alcanzar el sensor.

Programación de la plataforma Arduino para el manejo del LED RGB

(tricolor)

Así como los programas anteriores, en este programa es necesario

trabajar con el IDE de Arduino y su lenguaje de programación.

El dispositivo central de este aparato, es el LED RGB, que posee 4

conexiones diferentes, una para cada LED, y un cátodo común.

Ilustración 15: Imagen del LED RGB (Red Green Blue)

Este aparato es mucho más simple que los demás, ya que se maneja,

mediante un potenciómetro, la frecuencia de parpadeo que realiza cada color

del LED, generando una secuencia intercalada de colores. Este cambio de

colores puede ser manejado en la programación del Arduino, pero el montaje y

programas propuestos, poseen un pequeño botón, que cumple la función de

cambiar los colores utilizados, de Rojo-Azul-Verde, a la secuencia Cian-

Magenta-Amarillo, para así hacer notar que al momento de trabajar en óptica,

es posible realizar experimentos de adición de colores y siempre obtener luz

blanca al juntar todos los colores.

~ 48~

Una cosa novedosa de este programa, es la utilización de las

interrupciones, un recurso muy útil disponible en la mayoría de los

microcontroladores. En nuestro caso, este recurso es el responsable del cambio

de colores al presionar el botón anteriormente mencionado.

Montaje del dispositivo

Para ensamblar el dispositivo "LED de Newton”, es necesario construir

un montaje como el de la ilustración 16, donde es importante respetar la

ubicación de las diferentes conexiones. En caso de cambiar alguna, resulta

necesario cambiar la programación del Arduino, ya que ésta controla las salidas

digitales y entradas analógicas, permitiendo el funcionamiento apropiado del

aparato.

Ilustración 16: Montaje del LED RGB, creado con Fritzing

~ 49~

Este montaje es mucho más sencillo que los demás, ya que su función

es bastante más básica. El color de los cables no es un punto importante, pero

si los puntos donde se realizan las conexiones, ya que la plataforma Arduino

tiene incorporadas resistencias para poder conectar LEDs directamente, por lo

que hacer una conexión de forma aleatoria, puede afectar el experimento y

quemar el color del LED conectado.

Ilustración 17: Esquemático LED RGB

~ 50~

Programación de la plataforma Arduino para el manejo del Emisor de

frecuencias

Así como los programas anteriores, en este programa es necesario

trabajar con el IDE de Arduino y su lenguaje de programación.

En este dispositivo, los componentes principales son el potenciómetro,

cuya función es la de manejar la frecuencia de la señal sonora, y también los

buzzer o parlantes (mediante un Jack de 3,5 hembra), que se puede conectar al

montaje para poder emitir el sonido.

Ilustración 18: Imagen de potenciómetro, buzzer y Jack hembra.

Este montaje tiene la característica de producir diferentes frecuencias

sonoras, mediante una señal de onda cuadrada, tanto de forma continua, con el

uso del potenciómetro, como de forma discreta, con un pequeño pulsador que

cumple la función de cambiar entre la frecuencia dada por el potenciómetro, con

las 7 notas musicales (DO, RE, MI, FA, SOL, LA, SI).

~ 51~

Montaje del dispositivo

Para ensamblar el dispositivo "Emisor de frecuencias”, es necesario

construir un montaje como el de la ilustración 19 o 20, ya que ambos

representan el mismo esquema, pero la gran diferencia radica en como emitir

los diferentes tonos, ya sea por un buzzer, o con una conexión Jack para

parlantes activos estéreo comunes. Además, como en todo montaje, es de

suma importancia respetar el lugar de las diferentes conexiones, ya que en

caso de cambiar alguna, resulta necesario cambiar la programación del

Arduino, quien controla las salidas digitales y entradas analógicas, permitiendo

el funcionamiento apropiado del aparato.

Ilustración 19: Montaje del emisor de frecuencias, versión 1, creado con Fritzing.

~ 52~

Ilustración 20: Montaje del emisor de frecuencias, versión 2, creado con Fritzing.

Estos montajes, similares al trabajado con el LED RGB, utiliza un

potenciómetro para regular la frecuencia que emiten los buzzers (parlantes),

mientras que otros dos, regulan la intensidad del sonido (su volumen).

La plataforma Arduino, se encarga de asociar el voltaje del

potenciómetro (manejado por el usuario), a una frecuencia del sonido que

emiten los buzzer. Además, existe un pulsador mediante el cual, es posible fijar

la frecuencia en los valores de las notas musicales, o trabajar mediante el

potenciómetro.

~ 53~

Ilustración 21: Esquemático Emisor de Frecuencias

~ 54~

3.4 Confección de Guías de Trabajo para estudiantes, profesoras y

profesores.

Guía para el estudiante

Las guías desarrolladas dentro de este seminario, se describirán de

manera ordenada, dependiendo del sensor al cual esté designada cada

actividad.

Para comenzar cada guía presenta una contextualización de la vida

cotidiana, la cual busca centrar al estudiante en un tema específico. La

Focalización, estará caracterizada por la etiqueta:

Ilustración 22: Etiqueta8 Etapa 1: Focalización

Una vez centrada la atención de la o el estudiante, se plantean preguntas

que ayudan a la elaboración de argumentos.

Luego que se trabajó en la etapa de Focalización, viene una de las

partes más importantes del ECBI, Exploración. En esta etapa, el estudiantado

interactuará con el fenómeno. Para eso se dispondrán de los montajes de

Arduino, para poder realizar los experimentos que se plantean. La etapa de

Exploración, estará caracterizada por la etiqueta:

Ilustración 23: Etiqueta9 Etapa 2: Exploración

8 Adaptación de la imagen obtenido en el sitio: http://www.powerrooms.de/assets/images/Ziel.gif,

consultado el 18 – 08 – 2013 9 Adaptación de la imagen obtenido en el sitio:

http://images3.wikia.nocookie.net/__cb20081223223317/es.pokemon/images/0/02/Kit_de_exploraci%C3%B3n.png, consultado el 18 – 08 – 2013

~ 55~

Una vez que las y los estudiantes han trabajado en el experimento, se

establece si las predicciones o hipótesis planteadas son correctas. En esta

parte de la experiencia indagatoria, llamada Comparación o Contraste, el

estudiantado entienda que toda explicación científica, viene de una verificación

experimental. Para ello, las guías se plantean preguntas y situaciones, las

cuales le servirán al estudiante para poder hacer el contraste con lo que él

pensaba o creía, con las evidencias experimentales. La etapa de contraste,

estará caracterizada por la etiqueta:

Ilustración 24: Etiqueta10

para la Etapa: Contraste o Comparación

Se dejará un espacio espacial para que las y los estudiantes escriban las

definiciones y conceptos nuevos adquiridos, con la ayuda del docente. Este

espacio estará representado por:

Ilustración 25: Etiqueta11

“Formalizando lo aprendido”

Finalmente, cuando las y los estudiantes han realizado casi todo el

proceso de indagación, sólo nos queda el momento en ellas y ellos aplican los

nuevos conocimientos a situaciones de la vida cotidiana y otros contextos. A

esta etapa se le llama Aplicación, y en las guías esta etapa mostrará

10

Adaptación de la imagen obtenido en el sitio: http://www.canalred.info/public/Gifs_animados/Casa-Jardin/Balanzas/balanza-07.gif, consultado el 18 – 08 – 2013 11

Adaptación de la imagen obtenida en el sitio: http://us.123rf.com/400wm/400/400/jara3000/jara30001209/jara3000120900003/15070841-cuaderno-y-lapiz-sobre-blanco.jpg

~ 56~

situaciones de la vida cotidiana, en la que ellas o ellos explican científicamente

lo que allí ocurre. Esta etapa del proceso indagatorio, está representada por:

Ilustración 26: Etiqueta12

para la Etapa: Aplicación

Un ejemplo de guía con la secuencia ECBI y el enfoque CTS, para la o el

estudiante, sería como la que sigue a continuación (El resto de las guías puede

verlas en el anexo 9):

12

Adaptación de la imagen obtenido en el sitio: http://www.mujeresdeempresa.com/images/graficos/pensamiento_creativo.jpg, consultado el 18 – 08 – 2013

~ 57~

Guía para el estudiante

Nombre: ___________________________________ Curso: _______ Fecha: ______

Al servir un café con el agua recién hervida, podemos percibir que está

muy caliente, y si la cuchar se pone en contacto con el agua rápidamente se

calienta.

Si se saca la cuchara, al pasar unos minutos, ¿es posible sentirla más caliente

o más fría que el café?

Explica fundamentando tu respuesta.

Considerando la respuesta anterior, si dos cuerpos distintos se encuentran a

50°C en un ambiente de 15°C, se comienzan a enfriar, ¿crees que estos

cuerpos llegan a 30°C en el mismo tiempo?, ¿o existe algún factor adicional?

(puedes imaginarlo como la taza de café y la cuchara). Explica y fundamenta tu

respuesta

Se enfría antes ¿La cuchara o el café?

~ 58~

En este experimento trabajaremos con líquidos, ya que de esta manera, se

medirán de la forma más precisa posible por el sensor, los cambios de

temperatura.

Materiales

- 200 ml de agua a 50°C - Interfaz Arduino - Palito de helado - Mechero - 3 cucharadas de sal - Recipiente de vidrio - Sensor de temperatura lm35

Procedimiento experimental

Para comenzar se realiza un

montaje experimental como en

la figura 1:

1. Reúnanse en grupos de 6

personas

2. Revisa que cuentas con todos los materiales para realizar la actividad.

3. Enciende el sensor de temperatura y comprueba que funcione

correctamente midiendo distintas temperaturas y comparando los

resultados con tus compañeros (por ejemplo medir la temperatura del agua

de alguna llave). Los resultados de la medición serán mostrados en los

display.

4. Calienta 100 ml de agua en un recipiente a 50°C (procura que la

temperatura no exceda los 50°C). Revuelve a medida que se va calentando

con un palito de helado para así homogenizar la temperatura. Verifica con el

sensor que no se excedan los 50°C.

Figura 1

~ 59~

5. Al momento de que el agua alcance los 50°C, retira el recipiente del fuego y

luego reinicia el sensor apretando el botón reset de la placa Arduino.

6. En el siguiente cuadro, registra la temperatura inicial:

Temperatura Inicial [°C]

7. Luego cada 20 segundos sonará un pitido producido por el buzzer

conectado a la placa Arduino. Registra la temperatura mostrada en el

display, cada vez que suene el pitido, en la siguiente tabla.

Agua

Número de pitidos

Temperatura [°C]

8. Repite el procedimiento para 100 ml de agua con las 3 cucharadas de sal

Agua con sal

Número de pitido

Temperatura [°C]

~ 60~

Análisis de la información

Distribuidos en parejas, dibujen las dos curvas de enfriamiento en el siguiente

gráfico temperatura en función del tiempo.

Gráfico de enfriamiento para agua pura y con sal

Grupalmente comparen las curvas del gráfico dibujado por cada pareja y

contesten las siguientes preguntas.

¿Cuál es la variable dependiente e independiente en la actividad?

~ 61~

A los 4 minutos de comenzar a realizar las mediciones, ¿se encontraban a la

misma temperatura los líquidos? ¿Y en el resto de los tiempos?

¿Cómo es la curva de enfriamiento del agua pura en comparación con el agua

con sal?

¿Qué líquido se enfrió en menos tiempo?

¿Cómo es el enfriamiento del agua con respecto al agua con sal?

~ 62~

¿Qué podrías concluir sobre la actividad?, ¿influye de alguna manera el tipo de

líquido o material que se esté enfriando?

Volviendo a las preguntas iniciales, ¿Cómo explicaría este fenómeno, el caso

sobre la taza de café y la cuchara?

~ 63~

En el recuadro que sigue a continuación, escribe las definiciones que se

construyeron junto a tu profesor/a.

Imagina la situación en que encuentras una tacita de café de 100 ml servido en

la mesa, que dejo tu mamá o papá antes de salir a trabajar. Si este se

encontraba inicialmente a 50ºC, y al momento de encontrarlo, justo alcanzó la

temperatura ambiente de 30 °C ¿Hace cuánto tiempo aproximadamente salió tu

papá o mamá?

~ 64~

Ahora bien, si tenemos un plato de cazuela a 50ºC (como los líquidos del

experimento), ¿este baja su temperatura más rápido entre los 50ºC y 40ºC o

entre los 30ºC y 20ºC? (considerando que la temperatura ambiente sea 20ºC)

~ 65~

Orientaciones para él o la docente en la implementación de la propuesta

didáctica

Las indicaciones para las y los docentes, fueron estructurado de tal

manera, que se dan indicaciones tanto para trabajar a nivel general con los

sensores y emisores de luz o frecuencia, como también indicaciones

específicas para cada actividad. Además se incluye un cuadro resumen, el que

incluye: Nombre de la guía a trabajar, contenidos que aborda, los Objetivos

Fundamentales Transversales y Verticales, las Habilidades de Pensamiento

Científico que involucra, los Objetivos de la actividad, el tiempo en horas

pedagógicas que involucra implementar la guía y la forma de trabajo.

Un ejemplo de las indicaciones al profesorado, es como el que sigue a

continuación (El resto de las indicaciones al docente, se encuentran en el anexo

9):

~ 66~

Guía 1:

Se enfría antes ¿la cuchara o el café?

Indicaciones al docente

Resumen

La guía se desarrolla en base al trabajo de investigación y

experimentación grupal. El uso del sensor se centra en el desarrollo de una

descripción cualitativa a partir de los valores de temperatura medidas por el

sensor, ya que para un análisis cuantitativo de la ley de enfriamiento de Newton

se requiere de herramientas matemáticas que escapan a los niveles que se

desarrollan en la educación media. Con esto se pretende desarrollar las

habilidades que, de acuerdo a la taxonomía de Bloom se enfocan al análisis y

síntesis de datos e información, ya sea interpretando los datos o bien

procesándolos al momento de dibujar una gráfica que relacione ciertas

variables.

Por otro lado, es muy importante visualizar los contenidos y objetivos que

se abordarán en el desarrollo de la experiencia práctica. El cuadro que sigue a

continuación, describe los contenidos que se abordarán los OFT13, los OFV14,

las HPC15 y los objetivos propios de la actividad experimental:

Nivel NM2

Contenidos Descripción cualitativa de la Ley de Enfriamiento de Newton

OFT16 - Interés por conocer la realidad y utilizar el

conocimiento

- Comprender y valorar la perseverancia, el rigor y el

cumplimiento, la flexibilidad y la originalidad

OFV

13

Objetivo Fundamental Transversal 14

Objetivo Fundamental Vertical 15

Habilidades de Pensamiento Científico 16

Tomados directamente del Marco Curricular del año 2009

~ 67~

- Explicar diversos fenómenos en que participa el calor,

su relación con la temperatura, su medición y su

interpretación cualitativa, en términos del modelo

cinético de la materia.

HPC - Identificación de teorías y marcos conceptuales,

problemas, hipótesis, procedimientos experimentales,

inferencias y conclusiones en investigaciones clásicas

y contemporáneas relacionadas con temas del nivel.

- Procesamiento e interpretación de datos, y

formulación de explicaciones, apoyándose en los

conceptos y modelos teóricos del nivel.

Objetivos - Elaborar hipótesis con respecto al enfriamiento de un

cuerpo.

- Encontrar patrones cuantitativos para el enfriamiento

de líquidos.

- Comparar gráficamente la curva de enfriamiento de

diversos fluidos

Horas

pedagógicas

Dos horas

Modo de

trabajo

Grupal (4 – 6 integrantes por grupo)

Indicaciones al docente específicas para la actividad

Es muy importante que al implementar ésta guía sobre la “Ley de

Enfriamiento de Newton”, durante la fase de focalización, la o el docente

presente un esquema explicativo de la situación en donde dos cuerpos

diferentes, a la misma temperatura, comienzan a “enfriarse”. Es muy importante

considerar que no hay que responder la pregunta que se plantea ya que son las

y los estudiantes, los que deben realizar este trabajo.

~ 68~

3.5 Respecto al montaje experimental y la programación del

microntrolador

Antes de montar cada uno de los componentes electrónicos de los

sensores en la plataforma Arduino y programar, se hace necesario establecer

un lenguaje en común, para poder comprender los manuales y guías que se

presentan en este seminario de grado.

Para poder aprender respecto a la Plataforma Arduino, se sugiere que

ingrese a la página web www.arduino.cc, la cual le proporcionará los datos

técnicos de la plataforma y en qué consiste.

Posteriormente se sugiere que se lea el manual de montaje de los

componentes electrónicos para cada tipo de sensor (véase en el anexo 5, 6, 7 y

8), los cuales contienen la lista de materiales e instrumentos necesarios para

las experiencias, esta lista contiene los lugares donde puede encontrar dichos

materiales y su valor en CLP.

Una vez que se han montado los dispositivos electrónicos, se sugiere

que descargue el software Arduino 1.0.517, dicho software es de libre acceso; y

se instale en el computador que se utilizará para programar el microntrolador.

Respecto al lenguaje de programación que usa dicho software, se puede

mencionar, que es muy parecido a C++. Pese a lo anterior, se sugiere bajar el

tutorial: Manual de programación Arduino18. El cual indica las principales

funciones, variables y la estructura utilizada dentro del código creado para el

manejo del sensor. Se estima que se podría aprender el lenguaje Arduino, en

aproximadamente dos semanas, destinando cinco horas semanales de trabajo.

Con lo anterior, se está listo para utilizar los sensores y generadores de

frecuencia.

17

Disponible en la página: http://arduino.cc/es/Main/Software . Consultado el día: 18 – 09 – 2013. 18

Disponible en: http://arduinobot.pbworks.com/f/Manual+Programacion+Arduino.pdf . Consultado el día: 18 – 09 – 2013

~ 69~

CAPÍTULO IV:

OPINIÓN DE GUÍAS DE TRABAJO PARA ESTUDIANTES, POR PARTE DE

PROFESORES DE FÍSICA DE DISTINTOS ESTABLECIMIENTOS

EDUCACIONALES

Para poder establecer si las guías confeccionadas cumplen con ciertos

requisitos necesarios para cumplir con la secuencia de enseñanza ECBI, se

elaboró una Escala de Apreciación, con la finalidad de evaluar la coherencia,

pertinencia, claridad de las guías y la secuencia de actividades propuestas.

Para ello, se adaptó una Escala de Apreciación confeccionada por Cortés,

Flores y Sánchez (2011), quienes buscaba validar sus guías respecto a

coherencia factibilidad y claridad de las actividades que ellas proponían. En el

caso de nuestra Escala de Apreciación, no solo involucran esos indicadores,

sino que además considera descriptores, para la secuencia de aprendizajes

ECBI, las cuales son: Focalización, Exploración, Contraste y Aplicación.

La Escala de Apreciación, será aplicada por profesoras y profesores de

Física titulados, como también profesionales que estén habilitados o habilitadas

para ejercer la docencia, de distintos establecimientos educacionales de la

Región Metropolitana. En algunos casos, se les solicitará a docentes de la

Universidad de Santiago de Chile, si es que pudiesen colaborar con la

aplicación de este instrumento de evaluación.

Una vez que el instrumento de evaluación se aplicado por las y los

docentes, se procederá a tabular la información para poder realizar un análisis

cualitativo

~ 70~

4.1 Opinión de las guías mediante “Escala de Apreciación19”

El instrumento de evaluación que se presenta a continuación, tiene como

propósito evaluar la coherencia, pertinencia, factibilidad, claridad de las guías y

la secuencia de actividades propuestas en este seminario de grado.

La evaluación de las guías, se desarrollará a través de una Escala de

Apreciación, cuyos criterios se explicitan a continuación:

(1) Totalmente en desacuerdo (2) En desacuerdo

(3) Indeciso/a (4) De acuerdo

(5) Totalmente de acuerdo NO: No Observado

Nombre de la guía a evaluar: _______________________________________

Indicadores 1 2 3 4 5 NO

Pertinencia en la Guía

Las etapas son capaces de lograr las habilidades

propuestas

No se muestran actividades innecesarias

Se hace uso correcto de las TIC

Se incluyen adecuadamente las ecuaciones acorde al

tema

Se incluyen las fórmulas acorde al nivel

Factibilidad

Los materiales propuestos son accesibles

Existen espacios adecuados para el desarrollo de la guía

El tiempo propuesto para realizar la guía es el apropiado

La guía se puede abordar como actividades

19

Adaptación del Instrumento de Evaluación elaborado por Cortes, Flores y Sánchez (2011).

~ 71~

complementarias de los contenidos propuestos

Claridad

Las instrucciones y procedimientos propuestos en la guía,

son claros y precisos

Se hace buen uso de vocabulario científico

Las preguntas de evaluación propuestas son exhaustivas

y excluyentes

Las imágenes propuestas son claras y apropiadas

Respecto a la Secuencia ECBI

Focalización

Las actividades de focalización centran la atención de la o

el estudiante en la temática a investigar o tratar.

Las actividades de focalización recogen las ideas previas

de las y los estudiantes

La actividad de focalización plantea una situación

problemática contextualizada

La actividad propuesta incentiva el debate grupal y de

ideas, que luego comparten con el curso.

La situación – problema presentado es coherente con los

objetivos de aprendizajes y actividades planificadas.

Las actividades posibilitan que las y los estudiantes

problematicen los contenidos a tratar, para motivar el

trabajo posterior.

Exploración

Las preguntas planteadas ponen a prueba las ideas

previas de las y los estudiantes, de manera de utilizar el

desajuste cognitivo para generar el conocimiento.

Las actividades diseñas son coherentes y concordantes

~ 72~

con los objetivos de aprendizaje.

El diseño de las actividades considera la puesta a prueba

de las ideas previas de las y los estudiantes, de manera

que genera un desequilibrio en su estructura de

pensamiento, que permita la reestructuración de su

conocimiento y la introducción de un nuevo conocimiento.

Considera la actividad, la disponibilidad de materiales

para su ejecución.

Contraste

Se da la instancia para el análisis grupal de los resultados

obtenidos

La actividad propuesta permita la puesta en común de los

resultados y análisis a nivel curso.

La actividad propuesta permite introducir definiciones y/o

nuevo conocimiento por parte de la o el docente.

La guía permite que las definiciones y nuevo

conocimiento introducido, se vinculen con la experiencia

realizada.

Aplicación

La guía presenta actividades que permitan transferir el

nuevo conocimiento adquirido, a situaciones

problemáticas cotidianas, pero diferentes a los

investigados.

La guía presenta preguntas que permitan a resolución de

problemas vinculados con la temática.

Las actividades planteadas hacen acento en el análisis de

fenómenos, subordinando el cálculo solo como una

herramienta de análisis.

~ 73~

Observaciones Generales:

________________________________________________________________

________________________________________________________________

________________________________________________________________

________________________________________________________________

________________________________________________________________

________________________________________________________________

________________________________________________________________

________________________________________________________________

________________________________________________________________

Nombre del evaluador:

Institución:

Fecha:

Agradecemos su participación y colaboración.

Angélica Diaz Fuentes, Rodrigo Jeraldo Romero & Andreas Tapia Lorca

~ 74~

4.2 Resultados de la aplicación de la Escala de Apreciación

A continuación se adjuntan los resultados obtenidos al aplicar la Escala

de Apreciación en las guías propuestas para el uso de los sensores, generador

de frecuencia y LED RGB, con la secuencia ECBI y enfoque CTS. Dicha Escala

de Apreciación fue aplicada por docentes de distintas instituciones educativas.

De las evaluaciones realizadas por las y los docentes, se asignó el valor

correspondiente a cada indicador, de 1 a 5, de acuerdo a los criterios

establecidos desde un comienzo en la Escala de Apreciación.

Bajo la perspectiva de esta evaluación, se determinó el promedio de

aprobación de las guías y, junto con esto, el porcentaje asignado. Se considera

que una guía está aprobada, cuando el promedio de la calificación obtenida es

igual o superior a 4 (se considera que el evaluador, está de acuerdo con el

indicador).

Las tablas y gráficos que siguen a continuación, se construyeron en base

a las escalas de apreciaciones que se encuentran en el Anexo 10, de este

trabajo.

~ 75~

Sensor de temperatura LM35 Sensor de

flexión Generador de frecuencias

LED RGB

Indicadores Guía 1 Guía 2 Guía 3 Guía 4 Guía 5 Guía 6 Guía 7 Guía 8 Guía

9 Guía

10

Pertinencia en la Guía x

Las etapas son capaces de lograr las habilidades propuestas

5 5 5 5 5 5 5 5 5 5 5

No se muestran actividades innecesarias

5 5 5 4 4 5 5 5 5 5 4,8

Se hace uso correcto de las TIC

5 5 4 5 5 5 5 5 5 5 4,9

Se incluyen adecuadamente las ecuaciones acorde al tema

5 5 NO NO NO NO NO 5 NO NO 5

Se incluyen las fórmulas acorde al nivel

5 5 NO NO NO NO NO 5 NO NO 5

Promedio 5,00 5,00 4,67 4,67 4,67 5,00 5,00 5,00 5,00 5,00

Porcentaje 100% 100% 93% 93% 93% 100% 100% 100% 100% 100%

Tabla 3: Evaluación de pertinencia

~ 76~

Guía 1 Guía 2 Guía 3 Guía 4 Guía 5 Guía 6 Guía 7 Guía 8 Guía 9 Guía

10

Factibilidad X

Los materiales propuestos son accesibles

3 3 4 5 5 4 4 4 5 4 4,10

Existen espacios adecuados para el desarrollo de la guía

5 5 5 5 5 5 5 5 5 5 5,00

El tiempo propuesto para realizar la guía es el apropiado

5 5 5 5 5 5 5 5 5 5 5,00

La guía se puede abordar como actividades complementarias de los contenidos propuestos

5 5 5 5 5 5 5 5 5 5 5,00

Promedio 4,50 4,50 4,75 5,00 5,00 4,75 4,75 4,75 5,00 4,75

Porcentaje 90% 90% 95% 100% 100% 95% 95% 95% 100% 95%

Tabla 4: Evaluación de Factibilidad

~ 77~

Guía 1 Guía 2 Guía 3 Guía 4 Guía 5 Guía 6 Guía 7 Guía 8 Guía 9 Guía

10

Claridad X

Las instrucciones y procedimientos propuestos en la guía, son claros y precisos

5 5 5 5 5 5 5 5 5 4 4,90

Se hace buen uso de vocabulario científico

5 5 5 5 5 5 5 5 5 4 4,90

Las preguntas de evaluación propuestas son exhaustivas y excluyentes

5 5 4 5 5 5 5 4 5 4 4,70

Las imágenes propuestas son claras y apropiadas

5 5 5 4 4 5 5 NO NO 5 4,75

Promedio 5,00 5,00 4,75 4,75 4,75 5,00 5,00 4,67 5,00 4,25

Porcentaje 100% 100% 95% 95% 95% 100% 100% 93% 100% 85%

Tabla 5: Evaluación de Claridad

~ 78~

Guía

1 Guía

2 Guía

3 Guía

4 Guía

5 Guía

6 Guía

7 Guía

8 Guía

9 Guía

10

Respecto a la Secuencia ECBI

Focalización

Las actividades de focalización centran la atención de la o el estudiante en la temática a investigar o tratar.

5 5 5 5 5 5 5 5 5 5 5,00

Las actividades de focalización recogen las ideas previas de las y los estudiantes

4 5 5 4 4 5 4 5 4 5 4,50

La actividad de focalización plantea una situación problemática contextualizada

5 5 5 5 5 5 5 5 5 5 5,00

La actividad propuesta incentiva el debate grupal y de ideas, que luego comparten con el curso.

5 5 5 5 5 5 5 3 3 5 4,60

La situación – problema presentado es coherente con los objetivos de aprendizajes y actividades planificadas.

5 5 5 5 5 5 5 5 5 5 5,00

Las actividades posibilitan que las y los estudiantes problematicen los contenidos a tratar, para motivar el trabajo posterior.

5 5 4 5 5 5 5 5 5 5 4,90

Promedio general “Focalización” 4,83

Tabla 6: Evaluación de la etapa de focalización – ECBI

~ 79~

Exploración

Las preguntas planteadas ponen a prueba las ideas previas de las y los estudiantes, de manera de utilizar el desajuste cognitivo para generar el conocimiento.

5 5 4 5 5 5 4 5 5 4 4,70

Las actividades diseñas son coherentes y concordantes con los objetivos de aprendizaje.

5 5 5 5 5 5 5 5 5 5 5,00

El diseño de las actividades considera la puesta a prueba de las ideas previas de las y los estudiantes, de manera que genera un desequilibrio en su estructura de pensamiento, que permita la reestructuración de su conocimiento y la introducción de un nuevo conocimiento.

5 5 5 5 5 5 5 4 4 5 4,80

Considera la actividad, la disponibilidad de materiales para su ejecución.

5 5 5 5 5 5 5 4 4 4 4,70

Promedio general “Exploración” 4,80

Tabla 7: Evaluación etapa exploración – ECBI

~ 80~

Contraste

Se da la instancia para el análisis grupal de los resultados obtenidos

5 5 4 5 5 5 4 3 3 4 4,30

La actividad propuesta permita la puesta en común de los resultados y análisis a nivel curso.

5 5 4 5 5 5 4 4 3 4 4,40

La actividad propuesta permite introducir definiciones y/o nuevo conocimiento por parte de la o el docente.

5 5 5 5 5 5 5 5 4 5 4,90

La guía permite que las definiciones y nuevo conocimiento introducido, se vinculen con la experiencia realizada.

5 5 5 5 5 5 5 5 5 5 5,00

Promedio general “Contraste” 4,65

Tabla 8: Evaluación etapa de Contraste – ECBI

~ 81~

Aplicación

La guía presenta actividades que permitan transferir el nuevo conocimiento adquirido, a situaciones problemáticas cotidianas, pero diferentes a los investigados.

5 5 5 5 5 5 5 4 4 5 4,80

La guía presenta preguntas que permitan a resolución de problemas vinculados con la temática.

5 5 5 5 5 5 5 3 4 5 4,70

Las actividades planteadas hacen acento en el análisis de fenómenos, subordinando el cálculo solo como una herramienta de análisis.

5 5 5 5 5 5 5 4 5 5 4,90

Promedio general “Aplicación” 4,80

Tabla 9: Evaluación etapa de Aplicación - ECBI

~ 82~

Guía

1 Guía

2 Guía

3 Guía

4 Guía

5 Guía

6 Guía

7 Guía

8 Guía

9 Guía

10

Promedio, respecto a “Pertinencia, Factibilidad y Claridad”, por guía.

4,83 4,83 4,72 4,81 4,81 4,92 4,92 4,81 5,00 4,67

Promedio, respecto a la secuencia ECBI, por guía.

4,96 5,00 4,77 4,96 4,96 5,00 4,77 4,27 4,27 4,75

Tabla 10: Promedios generales respecto a cada guía

Gráfico 1: Promedios Generales respecto a cada guía

Guía 1 Guía 2 Guía 3 Guía 4 Guía 5 Guía 6 Guía 7 Guía 8 Guía 9 Guía 10

Promedio, respecto a “Pertinencia, Factibilidad y Claridad”, por guía.

4,83 4,83 4,72 4,81 4,81 4,92 4,92 4,81 5,00 4,67

Promedio, respecto a la secuencia ECBI, porguía.

4,96 5,00 4,77 4,96 4,96 5,00 4,77 4,27 4,27 4,75

3,80

4,00

4,20

4,40

4,60

4,80

5,00

5,20

Pro

me

dio

s

Promedios generales respecto a cada guía

~ 83~

Gráfico 2: Promedios Pertinencia, Factibilidad y Claridad

Guía 1 Guía 2 Guía 3 Guía 4 Guía 5 Guía 6 Guía 7 Guía 8 Guía 9 Guía 10

Pertinencia 5,00 5,00 4,67 4,67 4,67 5,00 5,00 5,00 5,00 5,00

Factibilidad 4,50 4,50 4,75 5,00 5,00 4,75 4,75 4,75 5,00 4,75

Claridad 5,00 5,00 4,75 4,75 4,75 5,00 5,00 4,67 5,00 4,25

3,80

4,00

4,20

4,40

4,60

4,80

5,00

5,20

Pro

me

dio

Promedios Pertinencia, Factibilidad y Claridad, por guía.

~ 84~

4.3 Análisis de los resultados

A nivel general, podemos señalar que las guías en su totalidad fueron

aprobadas por parte de las y los docentes que las evaluaron. Esto se puede

observar en la tabla 10, en la cual los promedios de los puntajes obtenidos, son

sobre 4 (de un máximo de 5), siendo 4,27 el valor más bajo obtenido y de

acuerdo a los criterios de claridad, factibilidad, claridad y secuencia ECBI, la

guía se considera aprobada, si el promedio de los ítems (parámetros) es igual o

superior a 4.

Los resultados anteriores, indican que las guías propuestas pueden ser

aplicadas en el contexto de una sala de clase chilena, bajo los lineamientos del

Marco Curricular vigente en nuestro país.

Los datos muestran las distintas evaluaciones hechas a las guías

propuestas, las cuales evidencian el tipo de institución en la que trabajan las y

los docentes, como también el tipo de formación académica que éstos poseen;

además del interés que pudiesen presentar en el uso de tecnologías y

dispositivo electrónicos, como lo son la plataforma Arduino UNO y el uso

sensores y componentes electrónicos, dentro de la sala de clases.

Si se hace un análisis respecto a los distintos ítems evaluados con la

Escala de Apreciación, el ítem de Factibilidad resultada peor evaluado. Si

analizamos cada uno de los indicadores que componen este ítem, el indicador

con peor evaluación, corresponde al que tiene relación con la accesibilidad de

los materiales propuestos. Esto puede deberse al poco conocimiento que tiene

el profesorado respecto al uso de tecnologías y componentes electrónicos

dentro de la sala de clase, como también a la creencia que dichos componentes

electrónicos son de alto valor monetario y difícil acceso. Lo anterior posee una

relación directa con el hecho de que las tecnologías se han ido incorporando

más rápidamente al uso diario, sin embargo la formación de las y los profesores

~ 85~

de generaciones pasadas quizás no incluyen una enseñanza en el uso de

tecnologías de la información en la sala de clases y por lo tanto ven al tema

como algo ajeno a ellos.

A pesar de lo anterior, cabe señalar que este ítem fue evaluado por las y

los docentes, con más del 80% de aprobación por parte de éstos.

Si se mira el ítem con mejor evaluación, se podrá evidenciar que el ítem

relacionado con la secuencia de enseñanza ECBI, es la que tiene mejor

aprobación entre las y los docentes. Es decir, la propuesta didáctica que se

presenta, cumple con la metodología indagatoria de las ciencias. Además el

desarrollo y diseño de las guías propuestas dentro de este trabajo, dado su

grado de aprobación, pueden servir de ejemplo para crear guías de otro tipo de

contenidos en física que quieran incluir la metodología ECBI, ya sea incluyendo

o no en estas, elementos de tecnologías de la información.

Es importante que se visualice que cada una de las guías, fue valida por

un solo docente, por lo que no se tiene un espacio muestral necesario, para

poder realizar un análisis de datos más complejo.

~ 86~

CAPÍTULO V: REFLEXIONES

5.1 Alcance y Limitaciones

Las actividades propuestas, están diseñadas para estudiantes de

educación media, sin embargo, no impide que la o el docente de la asignatura

pueda elaborar sus propias actividades con el uso de los distintos recursos

electrónicos que aquí se presentan, ya que se trabajó un con software y

hardware libre. Además este trabajo puede utilizarse como guía para otros

trabajos o bien la creación de otros programas para el manejo de otro tipo de

sensores. Estas actividades también pueden ser realizadas en un taller de

ciencia extra programática, en vez de las clases lectivas planificadas por la o la

docente.

Las guías, no están propuestas en un orden específico, es decir, no

siguen un orden secuencial, de manera que permite que estas sean utilizadas

en forma individual e independiente al resto de las actividades, sin que estas se

vean afectadas por la ausencia o utilización previa de otra guía.

El diseño de esta propuesta didáctica, fue confeccionado para que el

desarrollo de las guías se realizara en forma grupal, basándose no solo en los

Objetivos Fundamentales Verticales y los Contenido Mínimos Obligatorios, sino

que también en los Objetivos Fundamentales Transversales, propuestos en el

Marco Curricular del año 2009. Además, se consideró el Plan de Estudios

vigentes para el subsector de Física (2 horas pedagógicas), para el diseño de

las actividades propuestas.

A pesar de que la implementación de la propuesta, pueda bordear los

40.000 CLP, es importante considerar que este valor es para la propuesta en su

totalidad y no se debe gastar dinero para desarrollar cada una de las guías aquí

presente de forma independiente. La compra del kit electrónico hace posible la

implementación de cada una de las guías que aquí se presentan, como también

~ 87~

cada una de las actividades que la o el docente pueda crear, de acuerdo a las

habilidades y conocimientos que posea el estudiantado con el cual trabaja.

La implementación de esta propuesta no solo aborda el desarrollo de

habilidades relacionadas con la experimentación, sino que también el uso de

Tecnologías de las Información que no necesariamente están relacionadas con

el uso de Internet, videos, audio, aplicaciones web, entre otras.

5.2 Conclusiones

Este seminario tuvo como objetivo ensamblar sensores, emisores de luz

y de sonidos, basados en la programación de microcontroladores y diseñar

estrategias didácticas que permitieran el uso de dichos sensores. Esto se

consiguió mediante la construcción de manuales de ensambles y programación,

confección de guías de trabajo para las y los estudiantes, usando la

metodología indagatoria ECBI y el enfoque CTS, con las respectivas

orientaciones al docente. Los contenidos del Currículum que aborda la

propuesta didáctica, con el uso de sensores y emisores, van desde los temas

relacionados con la Luz y Sonido en primero medio, como también los

contenidos relacionados con Temperatura (en segundo medio) y los temas

relacionados con Torque y Empuje (Tercero Medio), en los que se hace

necesario el uso de ciertos dispositivos tecnológicos y electrónicos, para la

toma de datos u observar fenómenos específicos, para lograr una mejor

comprensión de éstos.

Los manuales confeccionados para el montaje de los diferentes

dispositivos electrónicos y programación de éstos, no sólo apuntan a la

formación del profesorado, sino que además pueden ser utilizados por

estudiantes de educación media, que tengan habilidades sobresalientes en el

uso de tecnologías (electrónica y programación), o bien, ser utilizados en

talleres de ciencias.

~ 88~

Respecto a las guías propuestas en este seminario de grado, se puede

señalar que son un ejemplo de las actividades que se pueden realizar con el

uso de los dispositivos electrónicos mostrados en este trabajo. Los contenidos

de las guías, permiten al estudiantado reconocer la presencia de fenómenos

físicos en situaciones de la vida cotidiana, identificando las ideas previas que se

pudieran tener al respecto, para que con la experimentación y el contraste de

resultados, puedan dar explicaciones correctas a las situaciones planteadas.

Dado lo anterior, se puede decir que ésta propuesta didáctica contribuye a la

inserción de las TIC en la sala de clase, al desarrollo de habilidades de

pensamiento científico y a la alfabetización científica.

Respecto a la consulta a las y los docentes, sobre las guías

confeccionadas, se hizo con la finalidad de poder dar sustento al trabajo

realizado, como también hacer un mapeo de lo qué piensan las y los docentes,

respecto a la inserción del tipo de tecnologías propuestas en este seminario.

Los resultados obtenidos (pueden ser observados en el capítulo 4), nos

muestran que son coherentes respecto a lo propuesto en un comienzo en este

trabajo. También se puede evidenciar que las profesoras y los profesores,

consideran de dichas actividades, con los sensores y emisores son posibles de

implementar en una sala de clases, siempre y cuando se cuente con los

materiales necesarios para aquello. El hecho de que el acceso a los materiales,

tuviera una de las calificaciones más bajas, se podría deber a que el

profesorado no está habituado al uso de dichas tecnologías, por cierto temor al

incorporarlas, o simplemente por no saber en qué lugares se podrían obtener

los dispositivos tecnológicos mencionados en este seminario.

A partir de la opinión entregada por las y los profesores, se pueden

reafirmar ciertos criterios adoptados en la elaboración de las guías y los

manuales orientados al docente, reconociendo que el uso de este tipo de

dispositivos, como sensores y emisores, es una propuesta innovadora e

~ 89~

integradora de las habilidades de pensamiento, acercando situaciones

científicas cotidianas, al lenguaje de las y los estudiantes. Sin embargo, hay que

reconocer que algunas guías, se deben modificar en pos de lograr una mejora

de los porcentajes de aprobación en el material confeccionado.

Respecto a las interrogantes plateadas al inicio de este seminario,

podemos señalar que la forma en que se puede incorporar el uso de

microcontroladores y sensores en la enseñanza de la física, es mediante la

experimentación, con el uso de la secuencia de indagatoria ECBI.

5.3 Proyecciones de la propuesta

La propuesta didáctica que se presentó, no apunta a cambiar la forma de

hacer ciencias en la sala de clases, ni menos cambiar el sistema educacional

de nuestro país, sino que apunta a entregar una herramienta para profesoras y

profesores, interesadas en insertar este tipo específico de tecnologías en la sala

de clases y desarrollar actividades relacionadas con el tema.

Dado que este seminario sólo hace una propuesta de didáctica, debido a

problemas temporales, se sugiere que otro grupo de personas tome esta

propuesta y analice cómo las habilidades de pensamiento científico se ven

influenciadas por el uso de este tipo de tecnologías en la sala de clases.

Se propone, aunque de forma muy ambiciosa, integrar poco a poco esta

propuesta en diferentes establecimientos educacionales, para acercar la

electrónica y la programación a las y los estudiantes, dando un énfasis en los

aspectos físicos que esto pueda involucrar. Además se hace necesario, apoyar

a las y los docentes, mediante capacitaciones o tutorías, para poder orientar en

las diferentes dificultades o confusiones, que el uso de estas tecnologías podría

conllevar.

~ 90~

Es importante mencionar, que la incorporación de microcontroladores y

sensores, en el desarrollo de actividades experimentales, tanto en la sala de

clases, como en los talleres de ciencias, permite la apertura a otros campos de

las ciencias, que ha ido creciendo en los últimos años como lo es la robótica o

la automática.

~ 91~

REFERENCIAS BIBLIOGRAFICAS

AGUAYO, P. (2004). Introducción al Microcontrolador.

ARCE, M. (2002). El valor de la experimentación en la enseñanza de las

ciencias naturales. El taller de ciencias para niños de la sede del

atlántico de la universidad de costa rica: una experiencia para

compartir. Educación, 26(1), pp. 147-154, Universidad de Costa Rica.

Costa Rica

ARDUINO (2013). Referencia. Consultado 09 – 06 – 2013.

http://arduino.cc/en/Reference/HomePage

BARROWS, H.S. (1986). A taxonomy of problem-based learning methods.

Medical Education, 20, 481-486

BLOOM, B.S. (1954). Taxonomy of Educational Objectives. Handbook 1:

Cognitive domain. Nueva York: Longmans, Green& Co.

CAMPANARIO, J; MOYA, A (1999). ¿Cómo enseñar Ciencias? Principales

tendencias y propuestas. Enseñanza de las Ciencias, 17(2), pp 179 –

192.

CAÑAL, P. (1997). El diseño de unidades didácticas: fundamentación y

procedimientos. En: Investigar en la escuela: elementos para una

enseñanza alternativa. Sevilla, España: Editorial Diada, pp 109-132.

CENTRO ECBI (2012). Historia. En: Educación de las Ciencias Basada en la

Indagación. Recuperado: 17 – 08 – 2013, desde:

http://www.ecbichile.cl/historia/

COLL, C. (2004). Psicología de la educación y prácticas educativas mediadas

por las tecnologías de la información y comunicación. Una mirada

constructivista. Sinéctica, 24, pp 1 – 24.

~ 92~

CORTÉS, C.; FLORES, V., y SANCHEZ, M. (2011). Conjunto de Guías desde

el modelo 5E, como propuesta pedagógica para la enseñanza del eje

Tierra y Universo en Educación Media. Seminario para optar al grado

de Licenciado en Educación de Física y Matemática no publicada.

Universidad de Santiago de Chile, Facultad de Ciencia, Santiago.

DIAZ, F (2005). El aprendizaje basado en problemas y el método de casos.

Enseñanza situada: Vínculo entre escuela y la vida. México: McGraw

Hill.

DIEZ, J (2013). ¿Cómo elaborar una unidad didáctica? Las Unidades

Didácticas. Consultado: 09 – 05 – 2013.

http://www3.unileon.es/dp/ado/ENRIQUE/Didactic/UD.htm

DOW, P. (sf). Why Inquiry? A Historical and Philosophical Commentary. En:

National Science Foundation. Foundations, a monograph for

professionals in science, mathematics, and technology education (pp 5

– 8). Arlington.

EDUTEKA (2009). Programación de computadores en educación escolar.

Consultado el 26 – 05 – 2013.

http://www.eduteka.org/modulos.php?catx=9&idSubX=270

FREIRE, P. (2011). Escuela es…Consultado el 09 – 06 – 2013.

http://colegioguayonge.blogspot.com/search?q=freire

GALLEGO, R. PÉREX, R. GALLEGO, A. PASCUAS, J. (2004). Didáctica

Constructivista: Aportes y Perspectivas. Educere, Trasvase, 25, pp 257

– 264.

GARRITZ, A., LABASTIDA, D., ESPINOSA, SI., (2009). El conocimiento

didáctico del contenido de la indagación. Un instrumento de captura. X

Congreso Nacional de Investigación Educativa. Área 5: educación y

~ 93~

conocimientos disciplinares. (pp 1 – 13). Veracruz, México: Consejo

Mexicano de Investigación Educativa.

GARRTIZ, A. (2010). La enseñanza de la ciencia en una sociedad con

incertidumbres y cambios acelerados. Enseñanza de las Ciencias,

28(3), pp 315 – 326.

GUTIÉRREZ, A. (2008). La evaluación de las competencias científicas en PISA:

perfiles en los estudiantes iberoamericanos.

HERNANDEZ, R (2011). El Diseño de una Unidad Didáctica: Un Ejercicio

Docente de continua reflexión. Revista Entre Comillas, 11(2), pp 81 –

92.

MINEDUC (2009). Marco Curricular, decreto 256, 2009: (2009).Objetivos

Fundamentales y Contenidos Mínimos Obligatorios de la Educación

Básica y Media. Chile: Ministerio de Educación.

MARZANO, R. J., BRANDT, R.S., HUGHES, C.S., JONES, F., PRESSEISEN,

B.Z., RANKIN, S.C. y SUHOR, C. (1988). Dimensions of thinking: A

framework for curriculum and instruction. Alexandria: ASCD.

MAYHEW, K., EDWARDS, A (1966). The Dewey School. Nueva York, Atherton

MAYORGA, N. (2011). Educación de las Ciencias Basada en la Indagación.

Santiago, Chile: Universidad de Santiago de Chile.

MONROY, G. (1998). Cuadernos de Extensión Universitaria 1998: Memorias

7a. Semana, Investigación Científica, UAM-X, Tomo I, pp. 89-91.

Coordinación Extensión Universitaria, UAM-X, México.

NATIONAL RESEARCH COUNCIL (1996). National Science Education

Standards. Washington, DC: Academic Press.

~ 94~

NATIONAL SCIENCES RESOURCES CENTER. (1997) Science for All

Children: A Guide to Improving Elementary Science Education in Your

School District. The National Academies Press: Washington, DC

PINTÓ, R., LA SAEZ, M., TORTOSA, M. (sf). Las Tecnología de la Información

y Comunicación. Área y Estrategias de Investigación de la Didáctica de

las Ciencias Experimentales, pp 51 – 63

OCDE (2006). PISA: Marco para la Evaluación. Organización para la

cooperación y el desarrollo económico, pp 19 – 46.

RESNICK, L. (1987). Education and Learning to Think. Washington DC:

National Academy Press.

RUIZ, F (2007). Modelos Didácticos para la Enseñanza de las Ciencias

Naturales. Manizales. 3 (2): pp 41 - 60,

SANDÍN, M. (2003). Investigación cualitativa en Educación. España, Madrid:

Mc Graw Hill. Cap. 6 y 7. pp.119-184

VELASQUEZ, A (2006). La alfabetización científica y tecnológica en el proceso

de enseñanza-aprendizaje de la Física. Revista Iberoamericana de

Educación, 38 (1).

VERDUGO, HERNÁN (sf). ¿Qué es ECBI?

VILLARREAL, G. (2011). Tecnologías digitales y resolución de problemas en la

enseñanza y aprendizaje de la matemática. XIII Conferencia

Interamericana de Educación Matemática (pp 1 – 13). Recife, Brasil:

Comité Internacional de la Educación Matemática.

VYGOTSKY, L. (1988). Capitulo IV: Interacción entre aprendizaje y desarrollo.

El desarrollo de los procesos psicológicos superiores. México: Grijalbo.

ZULMA, M. (2006). Aprendizaje autorregulado: el lugar de la cognición, la

metacognición y la motivación. Estudios Pedagógicos, 32 (2), pp 121-

132.

~ 95~

ANEXO 1: Programa del sensor de temperatura.

El programa utilizado para el manejo del sensor de temperatura es el siguiente

// Programa para el sensor de temperatura LM35 el cual arroja valores a 3 display de 7 segmentos // Programa creado para display de cátodo común // Para display de ánodo común se deben cambiar en el arrayseven_seg_digits los 1 por 0 y los 0 por 1 // 1 = LED on, 0 = LED off, en este orden: // Arduino pin: 2,3,4,5,6,7,8 longinc=A0; // Se declara la variable inc la cual tendrá el valor de voltaje de la entrada analógica A0 de la placa Arduino int val=0; // Se declara una variable val con un valor igual a 0 int j=40; // Se declara una variable j con un valor igual a 40 byte seven_seg_digits[10][7] = { { 1,1,1,1,1,1,0 }, // = 0 { 0,1,1,0,0,0,0 }, // = 1 { 1,1,0,1,1,0,1 }, // = 2 { 1,1,1,1,0,0,1 }, // = 3 { 0,1,1,0,0,1,1 }, // = 4 { 1,0,1,1,0,1,1 }, // = 5 { 1,0,1,1,1,1,1 }, // = 6 { 1,1,1,0,0,0,0 }, // = 7 { 1,1,1,1,1,1,1 }, // = 8 { 1,1,1,0,0,1,1 } // = 9 }; // { a,b,c,d,e,f,g } <-- Parte por el de arriba // Se declara un byte como array de 10 elementos (los numeros del 0-9) // cada uno con 7 elementos dentro de si (los bits del display que se deben encender para formar un número determinado) voidsetup() { pinMode(2, OUTPUT); //Se configura el pin 2 de la placa Arduino como salida pinMode(3, OUTPUT); //Se configura el pin 3 de la placa Arduino como salida pinMode(4, OUTPUT); //Se configura el pin 4 de la placa Arduino como salida pinMode(5, OUTPUT); //Se configura el pin 5 de la placa Arduino como salida pinMode(6, OUTPUT); //Se configura el pin 6 de la placa Arduino como salida pinMode(7, OUTPUT); //Se configura el pin 7 de la placa Arduino como salida pinMode(8, OUTPUT); //Se configura el pin 8 de la placa Arduino como salida pinMode(9, OUTPUT); //Se configura el pin 9 de la placa Arduino como salida writeDot(1); // Se configura a la función writeDot con el valor 1

~ 96~

pinMode(11, OUTPUT); //para activar 1º display (decena) pinMode(12, OUTPUT); //para activar 2º display (unidad) pinMode(13, OUTPUT); //para activar 3º display (decimal) } voidwriteDot(byte dot) { // Se declara la función writeDot la cual sube o baja el valor del pin 9 // dependiendo del valor de la variable dot digitalWrite(9, dot); // el pin digital 9 toma el valor 1 } voidsevenSegWrite(byte digit) { // Se declara la función sevenSegWrite() dependiente de la variable declarada digit byte pin = 2; // Se declara la variable digit con el valor de 2 for (byte segCount = 0; segCount< 7; ++segCount) { // Se declara la función for para la variable segCount con valores del 0-6 digitalWrite(pin, seven_seg_digits[digit][segCount]); //escribe el número correspondiente a digit en el display de 7 segmentos ++pin; // continua con el siguiente pin } } voidloop() { analogReference(INTERNAL); //Se configura el voltaje de referencia de la entrada analógica a un valor de 1,1 V int time=millis()/1000; // Se declara la variable time la cual tendrá un valor de la milésima parte de la variable milis val=analogRead(inc); //la variable val pasa a tener un valor igual a la lectura de voltaje realizada en la entrada analogica A0 longTemp = map(val, 0, 1023, 0, 1100);// se declara la variable Temp la cual tendrá un valor proporcional a la variable val // dentro de un rango de valores de 0 a 1100 int b=((Temp/100)-(a*10)); // Se calcula el valor de la decena del valor de la temperatura medido int c=((Temp/10)-(100*a)-(10*b)); // Se calcula el valor de la unidad del valor de la temperatura medido int d=(Temp-(1000*a)-(100*b)-(10*c)); // Se calcula el valor de la décima del valor de la temperatura medido digitalWrite(13, LOW); // Se asegura que el display de la decena este apagado digitalWrite(12, LOW); // Se asegura que el display de la unidad este apagado digitalWrite(11, LOW); // Se asegura que el display de la décima este apagado

~ 97~

for(int p=0; p < 159; p++){ // Función for para multiplexar los displays sevenSegWrite(d); // Se invoca la función sevenSegWrite escribiendo en el display el valor de la décima digitalWrite(13, HIGH); // Enciende el display de la décima delayMicroseconds(998); // Mantiene la instrucción anterior por 0,998 milisegundos digitalWrite(13, LOW); // Apaga el display de la décima sevenSegWrite(c); // Se invoca la función sevenSegWrite escribiendo en el display el valor de la unidad digitalWrite(12, HIGH); // Enciende el display de la unidad digitalWrite(9, HIGH); // Enciende el punto en el display de la unidad delayMicroseconds(998); // Mantiene la instrucción anterior por 0,998 milisegundos digitalWrite(9, LOW); // Apaga el punto en el display de la unidad digitalWrite(12, LOW); // Apaga el display de la unidad sevenSegWrite(b); // Se invoca la función sevenSegWrite escribiendo en el display el valor de la decena digitalWrite(11, HIGH); // Enciende el display de la decena delayMicroseconds(998); // Mantiene la instrucción anterior por 0,998 milisegundos digitalWrite(11, LOW); // Apaga el display de la decena } if(j==40){ // Función if que genera un pitido cada j=0; // Vuelve el contador j a 0 tone(10, 1200, 200); //Se genera un pitido durante 200 milisegundos } j=j++; // Contador de ciclos realizados para generar un pitido cada 20 segundos }

~ 98~

ANEXO 2: Programa del sensor de fuerza

El programa utilizado para el manejo del sensor de flexión 2.2'' es el siguiente

// Programa para el sensor de flexión 2,2'' el cual arroja valores a 3 displays de 7 segmentos // Programa creado para displays de cátodo común // Para displays de ánodo común se deben cambiar en el arrayseven_seg_digits los 1 por 0 y los 0 por 1 // 1 = LED on, 0 = LED off, en esteorden: // Arduino pin: 2,3,4,5,6,7,8 longinc=A0; // Se declara la variable inc la cual tendrá el valor de voltaje de la entrada analógica A0 de la placa arduino int val=0; // Se declara una variable val con un valor igual a 0 byte seven_seg_digits[10][7] = { { 1,1,1,1,1,1,0 }, // = 0 { 0,1,1,0,0,0,0 }, // = 1 { 1,1,0,1,1,0,1 }, // = 2 { 1,1,1,1,0,0,1 }, // = 3 { 0,1,1,0,0,1,1 }, // = 4 { 1,0,1,1,0,1,1 }, // = 5 { 1,0,1,1,1,1,1 }, // = 6 { 1,1,1,0,0,0,0 }, // = 7 { 1,1,1,1,1,1,1 }, // = 8 { 1,1,1,0,0,1,1 } // = 9 }; // { a,b,c,d,e,f,g } <-- Parte por el de arriba // Se declara un byte como array de 10 elementos (los números del 0-9) // cada uno con 7 elementos dentro de si (los bits del display que se deben encender para formar un número determinado) voidsetup() { pinMode(2, OUTPUT); //Se configura el pin 2 de la placa arduino como salida pinMode(3, OUTPUT); //Se configura el pin 3 de la placa arduino como salida pinMode(4, OUTPUT); //Se configura el pin 4 de la placa arduino como salida pinMode(5, OUTPUT); //Se configura el pin 5 de la placa arduino como salida pinMode(6, OUTPUT); //Se configura el pin 6 de la placa arduino como salida pinMode(7, OUTPUT); //Se configura el pin 7 de la placa arduino como salida pinMode(8, OUTPUT); //Se configura el pin 8 de la placa arduino como salida pinMode(9, OUTPUT); //Se configura el pin 9 de la placa arduino como salida writeDot(1); // Se configura a la función writeDot con el valor 1 pinMode(11, OUTPUT); //para activar 1º display (decena)

~ 99~

pinMode(12, OUTPUT); //para activar 2º display (unidad) pinMode(13, OUTPUT); //para activar 3º display (decimal) } voidwriteDot(byte dot) { // Se declara la función writeDot la cual sube o baja el valor del pin 9 // dependiendo del valor de la variable dot digitalWrite(9, dot); // el pin digital 9 toma el valor } voidsevenSegWrite(byte digit) { // Se declara la funcionsevenSegWrite() dependiente de la variable declarada digit byte pin = 2; // Se declara la variable digit con el valor de 2 for (byte segCount = 0; segCount< 7; ++segCount) { // Se declara la función for para la variable segCount con valores del 0-6 digitalWrite(pin, seven_seg_digits[digit][segCount]); //escribe el número correspondiente a digit en el display de 7 segmentos ++pin; // continua con el siguiente pin } } voidloop() { analogReference(DEFAULT); //Se configura el voltaje de referencia de la entrada analógica a un valor de 5 Volts val=analogRead(inc); //la variable val pasa a tener un valor igual a la lectura de voltaje realizada en la entrada analógica A0 long d = map(val, 0, 1023, 0, 500); //se transforma el valor binario de 10 bits, a un valor de voltaje con el fin de transformarlo a unidades de fuerza long e = (d*d); long f = (d*d*d); long a1= (f/1000)*1905; long a2= (e/10)*6617; long a3= d*279920; //las líneas anteriores representan la función que transforma valores de voltaje en valores de fuerza. //esta función fue encontrada mediante una calibración del sensor, con el cual se midió el voltaje y se graficó en Excel. longTemp= a1-a2+a3; long g = (Temp/1000000); //a continuación se separan los dígitos de la medición, para poder ingresarlas al display de 7 segmentos int a=(g/100); //DECENA

~ 100~

int b=((g/10)-(a*10)); //UNIDAD int c=(g-(100*a)-(10*b)); //DECIMAS digitalWrite(13, LOW); // Apaga el display de la decena digitalWrite(12, LOW); // Apaga el display de la unidad digitalWrite(11, LOW); // Apaga el display de la décima for(int p=0; p < 159; p++){ // Función for para multiplexar los displays sevenSegWrite(c); // Se invoca la función sevenSegWrite escribiendo en el display el valor de la décima digitalWrite(13, HIGH); // Enciende el display de la décima delayMicroseconds(998); // Mantiene la instrucción anterior por 0,998 milisegundos digitalWrite(13, LOW); // Apaga el display de la décima sevenSegWrite(b); // Se invoca la función sevenSegWrite escribiendo en el display el valor de la unidad digitalWrite(12, HIGH); // Enciende el display de la unidad digitalWrite(9, HIGH); // Enciende el punto en el display de la unidad delayMicroseconds(998); // Mantiene la instrucción anterior por 0,998 milisegundos digitalWrite(9, LOW); // Apaga el punto en el display de la unidad digitalWrite(12, LOW); // Apaga el display de la unidad sevenSegWrite(a); // Se invoca la función sevenSegWrite escribiendo en el display el valor de la decena digitalWrite(11, HIGH); // Enciende el display de la decena delayMicroseconds(998); // Mantiene la instrucción anterior por 0,998 milisegundos digitalWrite(11, LOW); // Apaga el display de la decena } }

~ 101~

ANEXO 3: Programa del "LED RGB" o "LED de Newton".

El programa utilizado para el manejo del LED RGB es el siguiente

//Programa utilizado por el LED de Newton, que manera un LED de tres colores RGB (rojo verde azul). //este programa maneja la frecuencia de un LED de tres colores, intercalándolos a diferentes frecuencias, con el fin de //combinarlos tan rápido, que el ojo humano no logre detectar diferencias entre los colores, observando finalmente el blanco. int rojo = 13; //utiliza el pin 13 como salida para la parte roja del LED int azul = 8; //utiliza el pin 8 como salida para la parte azul del LED int verde = 7; //utiliza el pin 7 como salida para la parte verde del LED int experiment = HIGH; //utiliza una variable nueva, para cambiar entre experimentos "Rojo-Verde-Azul" o "Cian-Magenta-Amarillo" int val = 0; //Variable que recibirá el valor del conversor análogo-digital int inc = A0; //Entrada analógica para la recepción del voltaje //estas dos últimas variables, están directamente asociadas al potenciómetro, que cumple la función de regular la frecuencia en el parpadeo de cada color en el LED void setup(){ pinMode(rojo, OUTPUT); //Señala el puerto 13 (rojo) como salida pinMode(azul, OUTPUT); //Señala el puerto 8 (azul) como salida pinMode(verde, OUTPUT); //Señala el puerto 7 (verde) como salida attachInterrupt(0, cambio, RISING); // 0 = usar pin 2 para interrupciones, "cambio" nueva función, "RISING" se activa al subir el estado del pin 2 } //La última función necesita de una conexión en el pin 2, la cual mediante un botón, cambia el experimento. void loop(){ val=analogRead(inc); //recibe la señal de voltaje (del potenciómetro) desde el puerto A0, para cambiar la frecuencia de parpadeo int val2 = val*10; //el valor de val, se encuentra entre los 0 y 1023 valores, por lo que se amplifica por 10, para obtener valores que luego serán utilizados en milisegundos if(experiment == HIGH){ // experimento con colores intercalados digitalWrite(rojo,HIGH); //Enciende LED rojo digitalWrite(azul,LOW); //Apaga LED azul

~ 102~

digitalWrite(verde,LOW); //Apaga LED verde delay(val2); //entrega un retraso de "val2" milisegundos para formar la frecuencia digitalWrite(rojo,LOW); //Apaga LED rojo digitalWrite(azul,HIGH); //Enciende LED azul digitalWrite(verde,LOW); //Apaga LED verde delay(val2); //entrega un retraso de "val2" milisegundos digitalWrite(rojo,LOW); //Apaga LED rojo digitalWrite(azul,LOW); //Apaga LED azul digitalWrite(verde,HIGH); //Enciende LED verde delay(val2); //entrega un retraso de "val2" milisegundos } if(experiment == LOW){ //experimento con mezclas intercaladas digitalWrite(rojo,HIGH); //Enciende LED rojo digitalWrite(azul,HIGH); //Enciende LED azul digitalWrite(verde,LOW); //Apaga LED verde delay(val2); //entrega un retraso de "val2" milisegundos digitalWrite(rojo,LOW); //Apaga LED rojo digitalWrite(azul,HIGH); //Enciende LED azul digitalWrite(verde,HIGH); //Enciende LED verde delay(val2); //entrega un retraso de "val2" milisegundos digitalWrite(rojo,HIGH); //Enciende LED rojo digitalWrite(azul,LOW); //Apaga LED azul digitalWrite(verde,HIGH); //Enciende LED verde delay(val2); //entrega un retraso de "val2" milisegundos } } void cambio(){ experiment = !experiment; //cambia el estado de la variable experiment } //esta función es una interrupción que cambia el experimento.

~ 103~

ANEXO 4: Programa del "emisor de frecuencias".

El programa utilizado para el manejo de los buzzer (o parlantes), para el emisor de frecuencias, es el siguiente:

//Este programa, maneja el emisor de frecuencias, pudiendo variar la frecuencia emitida por los buzzer (o parlantes), y además mediante //un pequeño pulsador (botón), es posible cambiar de la frecuencia variable, y acceder a la escala de notas musicales. int analog = A0; //la variable "analog", recibirá la señal de voltaje desde el puerto analogo A0 int buzzer = 11; // pin correspondiente al buzzer que emitirá el sonido int notas = 0; // variable utilizada para cambiar entre el voltaje variable o las notas musicales void setup(){ pinMode(buzzer, OUTPUT); //se configura el puerto 11 (buzzer) como una salida attachInterrupt(0, cambio, RISING); // Se utiliza el pin 2 para realizar interrupciones, "cambio" corresponde a una nueva función, // "RISING", activa la interrupción al subir el estado del pin 2 } //La ultima función necesita de una conexión en el pin 2, la cual mediante un botón, cambia el experimento. void loop(){ if (notas == 0){ // si la variable notas es igual a 0, entonces realiza: float bin = analogRead(analog); //medición mediante el conversor análogo-digital, asignado a una nueva variable "bin" float frecuencia = map(bin, 0, 1023, 20, 20000); //realiza una escala lineal entre "bin" y la "frecuencia", con rango entre 20Hz y 20kHz float PW = 1000000 / (2*frecuencia); //utilizando la frecuencia, se calcula un "semi-periodo" para realizar un ciclo en la señal sonora. delayMicroseconds(PW); //se detiene durante "PW" micro-segundos digitalWrite(buzzer, LOW); // baja el estado del pin 11 (buzzer) delayMicroseconds(PW); //se detiene durante "PW" micro-segundos digitalWrite(buzzer, HIGH); // sube el estado del pin 11 (buzzer) } // De esta manera, el programa realiza ciclos de señales cuadradas mediante valores de voltaje HIGH y LOW. //A continuación, las siguientes 7 instrucciones, corresponden a las notas musicales (DO, RE, MI, FA, SOL, LA, SI) //estas se construyen de igual forma que la señal anterior, solo que utilizando

~ 104~

un semi-periodo constante. if (notas == 1){ // cuando notas es 1, corresponde a un DO delayMicroseconds(1911); digitalWrite(buzzer, LOW); delayMicroseconds(1911); digitalWrite(buzzer, HIGH); } if (notas == 2){ // cuando notas es 2, corresponde a un RE delayMicroseconds(1703); digitalWrite(buzzer, LOW); delayMicroseconds(1703); digitalWrite(buzzer, HIGH); } if (notas == 3){ // cuando notas es 3, corresponde a un MI delayMicroseconds(1517); digitalWrite(buzzer, LOW); delayMicroseconds(1517); digitalWrite(buzzer, HIGH); } if (notas == 4){ // cuando notas es 4, corresponde a un FA delayMicroseconds(1432); digitalWrite(buzzer, LOW); delayMicroseconds(1432); digitalWrite(buzzer, HIGH); } if (notas == 5){ // cuando notas es 5, corresponde a un SOL delayMicroseconds(1276); digitalWrite(buzzer, LOW); delayMicroseconds(1276); digitalWrite(buzzer, HIGH); } if (notas == 6){ // cuando notas es 6, corresponde a un LA delayMicroseconds(1136); digitalWrite(buzzer, LOW); delayMicroseconds(1136); digitalWrite(buzzer, HIGH); }

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if (notas == 7){ // cuando notas es 7, corresponde a un SI delayMicroseconds(1012); digitalWrite(buzzer, LOW); delayMicroseconds(1012); digitalWrite(buzzer, HIGH); } if (notas == 8){ //Terminada la aplicación d las notas musicales, es necesario volver al comienzo, notas = 0 //por lo que en la próxima interrupción, cuando notas sea 8, se resetea el valor a 0 } } void cambio(){ //función creada para interrupciones notas = notas+1; //Incrementa el valor de "notas" en 1 //Esta función es la responsable de cambiar entre las notas musicales, o el potenciómetro (frecuencia variable) }

~ 106~

ANEXO 5: Manual de Construcción de los circuitos utilizados para el manejo del Sensor de Temperatura

Sensor de temperatura

Antes de comenzar a explicar en detalle las conexiones dentro del circuito, a continuación se muestra el montaje final:

Ilustración: Montaje Sensor de Temperatura, creado con Fritzing

El sensor de temperatura LM35 posee tres terminales, mirándolo desde frente (parte plana con los terminales apuntando hacia abajo) se tiene que cada terminal tiene las siguientes funciones de acuerdo a lo que se muestra en la siguiente imagen:

~ 107~

Ilustración: Sensor de Temperatura LM3520

El terminal es la alimentación para que funcione el sensor, en este caso 5 volt, los cuales son proporcionados por la placa Arduino en el puerto de salida 5V, el terminal del sensor GND es aquel que va conectado a tierra, en este caso como se tienen conectados los 5V de la placa Arduino, el terminal GND deberá ir en el puerto de Arduino con el mismo nombre. Por último, el

terminal es aquel que envía la información de temperatura que ingresará por uno de las entradas analógicas y luego será procesada por el micro controlador de la placa Arduino. En este caso el programa se ha configurado para que la información ingrese por el puerto A0 de la placa, de manera que

irá conectado al puerto A0 de la placa.

Ya teniendo conectado el sensor, falta conectar el buzzer que emitirá el sonido que nos indicará cuando tomar mediciones dependiendo de la actividad que se quiera realizar. Un buzzer es un dispositivo que es capaz de emitir señales sonoras de determinadas frecuencias que serán configuradas dentro del programa instalado en el microcontrolador de la placa Arduino.

El buzzer posee dos terminales, uno de los dos debe ir conectado al puerto 10 de la placa Arduino (la elección de este puerto se ha configurado previamente en el programa). La función del puerto 10 es enviar un voltaje mayor que cero, que hará funcionar el buzzer con una determinada frecuencia. El segundo terminal del buzzer que queda libre debe ir conectado en serie con una resistencia de 470 ohm, considerando las limitaciones en la corriente de salida del Arduino (el buzzer tiene una impedancia muy baja), lo que de acuerdo a la ley de ohm, produciría una corriente muy alta, que podría dañar el microcontrolador. El otro terminal de la resistencia debe ir conectado a tierra para cerrar el circuito.

20

Imagen obtenida y modificada de: http://electronica.webcindario.com/componentes/lm3500.jpg . El día 25 – 08 - 2013

~ 108~

A continuación solo falta conectar los display de 7 segmentos, que mostrarán los datos de temperatura procesados por el micro controlador.

Cada display posee diez terminales, a cada uno se le asigna una letra de la “a” hasta la “g” de tal modo que al encender un grupo de LEDs, formaran algún carácter alfanumérico. De los tres terminales restantes, dos encienden el punto decimal del display y el otro es el terminal común, el cual puede ser el cátodo o el ánodo común tal cual se muestra en la siguiente figura

Ilustración: Display 721

segmentos, cátodo y ánodo común.

En este montaje se utilizarán tres display de 7 segmentos, conectados de tal manera que mostrarán los datos obtenidos. La disposición de los terminales de cada display se muestra en la siguiente figura:

Ilustración: Disposición de los segmentos en un display22

21

Imagen obtenida y modificada de: http://3.bp.blogspot.com/-1-9WeOH-Ugc/UeF1LZKISoI/AAAAAAAAANY/cS7Ky7-JBVs/s320/sg_clock_display_conn.gif . El día 25 – 08 – 2013 22

Imagen obtenida y modificada de: http://medios-tx.wikispaces.com/file/view/7-segmentos-pinout_www_tecnoface_com.gif/227743606/7-segmentos-pinout_www_tecnoface_com.gif. El día 25 – 08 – 2013

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Para comenzar la conexión se debe realizar un nodo en el cual se conecten los tres terminales “a” de los display, luego este nodo debe ir conectado a una resistencia de 220 ohm (esto se hace para limitar la corriente y así no quemar los LED del display) y a continuación el terminal libre de la resistencia se conecta al puerto 2 de la placa Arduino, se repite el mismo proceso para los terminales “b, c, d, e , f, g” conectados a resistencias de 220 ohm y a los puertos 3, 4, 5, 6, 7, 8 respectivamente. El terminal del punto se repite el procedimiento, se crea un nodo que conecte todos los terminales P del display y luego este nodo se conecta a una resistencia de 220 ohm la cual en su terminal libre se conecta a la placa Arduino en el puerto 9.

Además, para efectos de multiplexar los display y así economizar en energía y en número de puertos de la placa Arduino, se utilizan tres transistores, uno para cada display, mediante los cuales se enciende y apaga cada display. De esta manera, se envían señales constantemente por las salidas del Arduino a todos los display, pero solo se enciende el que corresponde. El proceso de multiplexado, al momento de programar debe ser muy rápido, ya que de esa manera, el ojo no logra detectar diferencias entre que display está encendido y cual no. Al trabajar en el multiplexado de los display, lo ideal es tener una frecuencia de 50 Hz o más, pero a efectos del programa, como se utiliza un delay y no una frecuencia en si (debido al tiempo que toma cada instrucción en ser realizada por el microcontrolador), se recomienda utilizar un tiempo de espera (delay), de aproximadamente 1ms o inferior. Esto último puede ser realizado mediante las instrucciones “delay()”, que trabaja en milisegundos, o “delayMicroseconds()”, que utiliza microsegundos.

Con esto ya tendremos armado nuestro montaje experimental para realizar las mediciones de temperatura.

El listado que sigue a continuación, indica cada uno de los componentes electrónicos que son necesarios tener para el montaje del sensor de temperatura. Además el listado incluye los precios aproximados de dichos componentes, incluyendo los lugares en donde podrán ser encontrados:

~ 110~

Materiales y componentes del Sensor de Temperatura En esta sección se encuentran los materiales necesarios para trabajar y poder ensamblar el sensor de temperatura

Componente Imagen23 Cantidad Uso Tiendas donde

comprar Valor aprox.24

Arduino UNO

1

Microcontrolador que maneja el funcionamiento del dispositivo, traduciendo las variaciones en mV del sensor, a temperatura en ºC y entregándola en los display.

MCI Electronics. 15.500 CLP

Sensor de temperatura (LM35DZ)

1 Sensor de precisión que entrega 10 mV por cada ºC de temperatura.

Victronics. 1.200 CLP

Transistores (2N3904)

3

Se utilizan para multiplexar los display y de esa manera utilizar menos puertos del Arduino.

Casa Royal, MCI Electronics,

Victronics, tiendas de electrónica en

general.

35 CLP Cada uno

Display de 7 segmentos

3 Muestra los 3 dígitos de las mediciones realizadas: Decena, Unidad y Decimal.

Casa Royal, MCI Electronics,

Victronics, tiendas de electrónica en

general.

900 CLP Cada uno

23

Todas las imágenes de esta tabla, han sido extraídas de http://www.olimex.cl, consultado el día 09/06/2013. 24

Los valores aproximados propuestos, están en relación a los valores de MCI Electronics, Victronics y Casa Royal.

~ 111~

Componente Imagen Cantidad Uso Tiendas donde

comprar Valor aprox.

Buzzer

1 Emite un sonido cada cierto tiempo, con el objetivo de

regularizar la toma de datos.

Casa Royal, MCI Electronics, Victronics.

1.100 CLP Cada uno

Protoboard

1

Es una placa de pruebas, donde se trabajan y conectan los diferentes componentes

para formar un prototipo funcional, de algún dispositivo.

Casa Royal, MCI Electronics,

Victronics, tiendas de electrónica en

general.

5.000 CLP

Resistencias 330 ohm

8 Necesarias para conectar los

8 puertos de los display.

Casa Royal, MCI Electronics,

Victronics, tiendas de electrónica en

general.

30 CLP Cada una

Resistencias 2700 ohm

3 Necesarias para cada

transistor asociado a los display.

Casa Royal, MCI Electronics,

Victronics, tiendas de electrónica en

general.

30 CLP Cada una

Resistencias 470 ohm

1 Necesaria para el Buzzer.

Casa Royal, MCI Electronics,

Victronics, tiendas de electrónica en

general.

30 CLP Cada una

~ 112~

Componente Imagen Cantidad Uso Tiendas donde

comprar Valor Aprox.

Cables de conexión o Jumpers para protoboard

+50

Para realizar las diferentes conexiones entre los

componentes (también pueden ser caseros, hechos con alambre recubierto y un

pelacables).

MCI Electronics 5.300 CLP Las 70pcs

Cable adaptador USB A - USB B

1

Este cable es el cuadrado que traen algunas impresoras, es

necesario para conectar el dispositivo Arduino al

computador y cargar los programas.

Cualquier tienda de electrónica

computacional. 2.500 CLP

Páginas web y direcciones de las tiendas referidas anteriormente:

Casa Royal http://www.casaroyal.cl Dirección: Av. L. B. O'Higgins 845, Santiago, Chile. (Casa Matriz) Teléfono: (2) 2632 2313

MCI Electronics http://www.olimex.cl Dirección: Luis Thayer Ojeda 0115 Of. 1105, Providencia, Santiago, Chile. Teléfono: (2) 2333 9579 / (2) 2231 9268

Victronics http://www.victronics.cl Dirección: Eleuterio Ramírez 761, Santiago, Chile. Teléfono: (2) 2795 4700

~ 113~

ANEXO 6: Manual de Construcción de los circuitos utilizados para el manejo del Sensor de Flexión

El montaje final para el uso del sensor de flexión se muestra a continuación:

Ilustración: Montaje del sensor de flexión, creado con Fritzing

La conexión de los display de 7 segmentos es exactamente igual que en

el caso del termómetro, por lo que se deben seguir los mismos pasos e indicaciones:

Cada display posee diez terminales, a cada uno se le asigna una letra de la “a” hasta la “g”, que enciende cada uno de los LED formaran algún carácter alfanumérico, los tres terminales restantes dos encienden el punto del display y el restante es un terminal en común, el cual puede ser el cátodo o el ánodo común tal cual se muestra en la siguiente figura

~ 114~

Ilustración: Display 725

segmentos, cátodo y ánodo común.

En este montaje se utilizarán tres display de 7 segmentos, conectados de tal manera que mostrarán los datos obtenidos. La disposición de los terminales de cada display se muestra en la siguiente figura:

Ilustración: Disposición de los segmentos en un display26

Para comenzar la conexión se debe realizar un nodo en el cual se conecten los tres terminales “a” de los display, luego este nodo debe ir conectado a una resistencia de 220 ohm (esto se hace para limitar la corriente y así no quemar los LED del display) y a continuación el terminal libre de la resistencia se conecta al puerto 2 de la placa Arduino, se repite el mismo proceso para los terminales “b, c, d, e , f, g” conectados a resistencias de 220 ohm y a los puertos 3, 4, 5, 6, 7, 8 respectivamente. El terminal del punto se repite el procedimiento, se crea un nodo que conecte todos los terminales P del

25

Imagen obtenida y modificada de: http://3.bp.blogspot.com/-1-9WeOH-Ugc/UeF1LZKISoI/AAAAAAAAANY/cS7Ky7-JBVs/s320/sg_clock_display_conn.gif . El día 25 – 08 – 2013 26

Imagen obtenida y modificada de: http://medios-tx.wikispaces.com/file/view/7-segmentos-pinout_www_tecnoface_com.gif/227743606/7-segmentos-pinout_www_tecnoface_com.gif. El día 25 – 08 – 2013

~ 115~

display y luego este nodo se conecta a una resistencia de 220 ohm la cual en su terminal libre se conecta a la placa Arduino en el puerto 9.

Además, para efectos de multiplexar los display y así economizar en puertos de la placa Arduino, se utilizan tres transistores, uno para cada display, mediante los cuales se enciende y apaga cada display. De esta manera, se envían señales constantemente por las salidas del Arduino a todos los display, pero solo se enciende al que le corresponde la señal. El proceso de multiplexado, al momento de programar debe ser muy rápido, ya que de esa manera, el ojo no logra detectar diferencias entre cuál display está encendido y cual no. Al trabajar en el multiplexado de los display, lo ideal es tener una frecuencia de 50 Hz o más, pero a efectos del programa, como se utiliza un delay y no una frecuencia en si (debido al tiempo que toma cada instrucción en ser realizada por el microcontrolador), se recomienda utilizar un tiempo de espera (delay), de aproximadamente 1ms o inferior. Esto último puede ser realizado mediante las instrucciones “delay()”, que trabaja en milisegundos, o “delayMicroseconds()”, que utiliza microsegundos.

El tiempo en que cada display permanece encendido es de aproximadamente 1 milisegundo.

La siguiente explicación se centrará en la otra parte del circuito, que se refiere a la manipulación de la señal que envía el sensor, para obtener una mejor medición. Para aquello, el diagrama electrónico es el siguiente:

Ilustración: Diagrama electrónico para amplificar señal del sensor, creado Visio

~ 116~

En el diagrama, cada amplificador tiene numerados sus terminales de acuerdo al amplificador operacional TL071 el cual se muestra en la siguiente imagen:

Ilustración: Circuito integrado TL071

27

Para poder visualizar los terminales del circuito integrado (de ahora en adelante CI) de manera más fácil, estos traen una muesca en uno de sus lados, de manera que si ubicamos nuestro CI con los terminales apuntando hacia abajo y la muesca dirigida hacia la izquierda, el terminal 1 será aquel que se encuentra bajo la muesca.

El CI TL071 tiene en su interior un amplificador operacional, de los cuales sólo se utilizan los terminales 2, 3, 4, 6, 7, que poseen las siguientes funciones de acuerdo a la imagen anterior.

- (IN-): es el terminal de entrada inversora - (IN+): es el terminal de entrada no inversora - (OUT): es el terminal de la señal de salida del amplificador, la señal de

salida que ingresa a la entrada analógica de Arduino se denotó como Vi en el diagrama electrónico.

- (Vcc-): la alimentación negativa del amplificador operacional (en este caso -5 volt)

- (Vcc+): la alimentación positiva del amplificador operacional (en este caso +5 volt) Los terminales OFFSET N1 y OFFSET N2 (1 y 5 respectivamente)

permiten ajustar el voltaje de “offset” del amplificador operacional. Este voltaje, por ser muy pequeño (algunos milivoltios) no influye en el propósito del circuito, por lo que su descripción es prescindible. Por último el terminal NC (terminal 8) viene de las siglas en inglés “no connection”.

En el diagrama electrónico, se enumeran en cada parte del amplificador los terminales correspondientes al CI para así poder realizar las conexiones pertinentes.

Para una explicación más simple, a cada amplificador operacional en el diagrama se le ha asignado una letra, para poder explicar la función de cada uno.

El amplificador operacional A, funciona como seguidor de tensión, es decir, el voltaje de entrada en IN+ es exactamente igual que el voltaje en OUT, esto se hace ya que el amplificador operacional tiene en sus entradas una

27

Imagen obtenida y modificada de: http://www.effectsconnection.com/images/TL071.jpg. El día 25 – 08 - 2013

~ 117~

impedancia muy grande, lo que permite despreciar la corriente de entrada, permitiendo así tomar mediciones del sensor de manera más exacta, sin que haya alteraciones por cambios en la corriente hacia el amplificador operacional.

El amplificador operacional B cumple la función de restar el voltaje de salida del seguidor menos el voltaje aportado por el potenciómetro con el fin de eliminar la componente continua del voltaje de salida del seguidor. Además en esta etapa se amplifica por 10 la señal de salida de A, ya que las variaciones de voltaje que tiene el sensor son demasiado pequeñas.

Por último el amplificador operacional C funciona como comparador respecto de 0V y permite ajustar nuestro sensor a 0V, es decir, ajustar el voltaje Vi del amplificador B en 0 antes de realizar una medición, esto se hace debido a que luego de medir algo, el sensor tiende volver a su estado natural lentamente, por lo que no vuelve exactamente a su estado previamente inicial, haciendo variar el valor mínimo de la próxima medición. El comparador funciona de la siguiente forma; si se tiene una señal de voltaje positiva, será siempre mayor a tierra, por lo que se encenderá el LED verde, luego si la señal es negativa, se encenderá el otro LED (rojo). Lo anterior sirve para ajustar visualmente nuestro sensor en 0, al momento de realizar una medición, ya que el potenciómetro al variar su resistencia, varía la señal de entrada en C, y así al momento de tener un voltaje cercano a 0 se encenderán ambos LED por el ruido eléctrico.

En caso de querer trabajar con Newton, es necesario modificar el programa como se explica en el anexo del funcionamiento del sensor:

Para gramo-fuerza Para Newton

Cambia el valor a mostrar, de

gramo-fuerza a Newton

longTemp= a1-a2+a3; long g = (Temp/1000000);

longTemp= a1-a2+a3; long g = (Temp*9,81/10000000);

Elimina de la programación el punto decimal, al mostrar gramo-fuerza, para asi mostrar Newton

entre 0 y 200 aprox

sevenSegWrite(b); digitalWrite(12, HIGH); digitalWrite(9, HIGH); delayMicroseconds(998); digitalWrite(9, LOW); digitalWrite(12, LOW);

sevenSegWrite(b); digitalWrite(12, HIGH); delayMicroseconds(998); digitalWrite(12, LOW);

El listado que sigue a continuación, indica cada uno de los componentes electrónicos que son necesarios tener para el montaje del sensor de flexión. Además el listado incluye los precios aproximados de dichos componentes, incluyendo los lugares en donde podrán ser encontrados:

~ 118~

Materiales y componentes del Sensor de Fuerza En esta sección se encuentran los materiales necesarios para trabajar y poder ensamblar el sensor de fuerza.

Componente Imagen28 Cantidad Uso Tiendas donde

comprar Valor

aprox.29

Arduino UNO

1

Microcontrolador que maneja el funcionamiento del dispositivo, traduciendo las variaciones en mV del divisor de tensión, formado con el sensor de flexión, y entregándola en los display.

MCI Electronics. 15.500 CLP

Sensor de flexión 2,2''

1 Sensor de flexión de 2,2''. (Funciona como resistencia variable)

MCI Electronics 5.200 CLP

Transistores (2N3904)

3 Se utilizan para multiplexar los display y de esa manera utilizar menos puertos del Arduino.

Casa Royal, MCI Electronics,

Victronics, tiendas de electrónica en

general.

35 CLP Cada uno

28

Todas las imágenes de esta tabla, han sido extraídas de http://www.olimex.cl, consultado el día 09/06/2013. 29

Los valores aproximados propuestos, están en relación a los valores de MCI Electronics, Victronics y Casa Royal.

~ 119~

Componente Imagen Cantidad Uso Tiendas donde

comprar Valor aprox.

Display de 7 segmentos

3 Muestra los 3 dígitos de las mediciones realizadas: Decena, Unidad y Decimal.

Casa Royal, MCI Electronics,

Victronics, tiendas de electrónica en

general.

900 CLP Cada uno

LEDs

2 Sirven para detectar si

efectivamente el sensor esta en cero. (uno rojo y uno verde)

Casa Royal, MCI Electronics, Victronics.

50 CLP Cada uno

Protoboard

2

Es una placa de pruebas, donde se trabajan y conectan los

diferentes componentes para formar un prototipo funcional, de

algún dispositivo.

Casa Royal, MCI Electronics,

Victronics, tiendas de electrónica en

general.

5.000 CLP

Resistencias 330 ohm

10 Necesarias para conectar los 8

puertos de los display, y también para los LED de seteo.

Casa Royal, MCI Electronics,

Victronics, tiendas de electrónica en

general.

30 CLP Cada una

Resistencias 2700 ohm

3 Necesarias para cada transistor

asociado a los display.

Casa Royal, MCI Electronics,

Victronics, tiendas de electrónica en

general.

30 CLP Cada una

~ 120~

Componente Imagen Cantidad Uso Tiendas donde

comprar Valor

Aprox.

Resistencias 1k ohm

2 Necesarias para el amplificador

operacional.

Casa Royal, MCI Electronics,

Victronics, tiendas de electrónica en

general.

30 CLP Cada una

Resistencias 10k ohm

2 Necesarias para el amplificador

operacional.

Casa Royal, MCI Electronics,

Victronics, tiendas de electrónica en

general.

30 CLP Cada una

Resistencias 75k ohm

2 Necesarias para el divisor de tensión asociado al sensor de

flexión.

Casa Royal, MCI Electronics,

Victronics, tiendas de electrónica en

general.

30 CLP Cada una

Potenciómetro de 1kOhm

1 Para poder setear en 0 el sensor, cuando no hallan pesos colgados.

Casa Royal, MCI Electronics,

Victronics, tiendas de electrónica en

general.

400 CLP Cada uno

Operacional LM071

3

Para conectar un "seguidor", un "amplificador" y un "comparador". (Parte del montaje del sensor de

flexión 2,2'')

Victronics 350 CLP Cada uno

~ 121~

Componente Imagen Cantidad Uso Tiendas donde

comprar Valor

Aprox.

Cargador o baterías de 5 volts

2 Para conectarlos de tal forma, que puedan formar una nueva fuente

de +5 volt y -5 volt.

Cualquier tienda de electrónica computacional.

3.000 CLP Cada uno

Cables de conexión o Jumpers para protoboard

+50

Para realizar las diferentes conexiones entre los componentes

(también pueden ser caseros, hechos con alambre recubierto y

un pelacables).

MCI Electronics 5.300 CLP Las 70pcs

Cable adaptador USB A - USB B

1

Este cable es el cuadrado que traen algunas impresoras, es

necesario para conectar el dispositivo Arduino al computador

y cargar los programas.

Cualquier tienda de electrónica computacional.

2.500 CLP

Páginas web y direcciones de las tiendas referidas anteriormente:

Casa Royal http://www.casaroyal.cl Dirección: Av. L. B. O'Higgins 845, Santiago, Chile. (Casa Matriz) Teléfono: (2) 2632 2313

MCI Electronics http://www.olimex.cl Dirección: Luis Thayer Ojeda 0115 Of. 1105, Providencia, Santiago, Chile. Teléfono: (2) 2333 9579 / (2) 2231 9268

Victronics http://www.victronics.cl Dirección: Eleuterio Ramírez 761, Santiago, Chile.

~ 122~

ANEXO 7: Manual de Construcción de los circuitos utilizados para el Emisor de Frecuencia

El montaje final para el manejo del emisor de frecuencias se muestra en la siguiente ilustración:

Ilustración: Montaje emisor de frecuencias, creado con Fritzing

Descripción

En este caso el microcontrolador de la placa Arduino, será el encargado de ordenar la emisión de una frecuencia por los buzzer. El hecho de que haya dos buzzer no implica que se puedan emitir dos frecuencias distintas, sino que se intenta aumentar la intensidad del sonido. Los potenciómetros dentro del circuito, conectados en serie a los buzzer, tienen las función de regular el voltaje con el cual funciona cada uno y con esto se hace variar el volumen (intensidad) del sonido. El tercer potenciómetro cumple la función de regular las

~ 123~

frecuencias que se emiten en cada buzzer, funcionando directamente con el conversor análogo-digital del Arduino.

Armado del montaje

El circuito dentro del montaje es relativamente simple, se utiliza una salida digital (puerto 11) la cual se conecta en un nodo que estará formado por el terminal central de cada potenciómetro, luego se escoge uno de los terminales restantes en cada potenciómetro y cada uno se conecta a un respectivo terminal de un buzzer y por último los terminales restantes de los buzzers van conectados a tierra.

Por otra parte se tiene un regulador de frecuencias, el cual consta solamente de un potenciómetro, que tiene conectado su terminal central a una de las entradas analógicas de la placa Arduino, en este caso la entrada analógica A0. Los terminales restantes del potenciómetro regulador de frecuencia van a tierra y 5 volts, y pueden conectarse como quiera escoger el usuario.

Por último se conecta un botón, con uno de sus terminales a tierra y el otro conectado al puerto 2 de la plataforma Arduino. Este último debe conectarse a 5V a través de una resistencia de 10K para fijar en 1 el nivel lógico de dicho puerto mientras no se active el interruptor momentáneo(botón) conectado a tierra el cual se utiliza para ir alternando entre notas musicales (desde la nota Do a la nota Si).

El listado que sigue a continuación, indica cada uno de los componentes electrónicos que son necesarios tener para el montaje del emisor de frecuencias. Además el listado incluye los precios aproximados de dichos componentes, incluyendo los lugares en donde podrán ser encontrados:

~ 124~

Materiales y componentes del Emisor de frecuencias En esta sección se encuentran los materiales necesarios para trabajar y poder ensamblar el emisor de frecuencias.

Componente Imagen30 Cantidad Uso Tiendas donde

comprar Valor

aprox.31

Arduino UNO

1

Microcontrolador que maneja el funcionamiento del dispositivo,

traduciendo las variaciones en mV del divisor de tensión, formado

con el potenciómetro y variando la frecuencia del sonido a emitir.

MCI Electronics. 15.500

CLP

Protoboard

1

Es una placa de pruebas, donde se trabajan y conectan los

diferentes componentes para formar un prototipo funcional, de

algún dispositivo.

Casa Royal, MCI Electronics,

Victronics, tiendas de electrónica en

general.

5.000 CLP

Potenciómetro de 1kOhm

1 Para poder cambiar la frecuencia

de la señal sonora.

Casa Royal, MCI Electronics,

Victronics, tiendas de electrónica en

general.

400 CLP Cada uno

30

Todas las imágenes de esta tabla, han sido extraídas de http://www.olimex.cl, consultado el día 09/06/2013. 31

Los valores aproximados propuestos, están en relación a los valores de MCI Electronics, Victronics y Casa Royal.

~ 125~

Componente Imagen Cantidad Uso Tiendas donde

comprar Valor aprox.

Potenciómetro de 100 Ohm

2 Para poder cambiar la intensidad

de la señal sonora.

Casa Royal, MCI Electronics,

Victronics, tiendas de electrónica en

general.

400 CLP Cada uno

Resistencia 50 ohm

1 Necesarias para ubicar antes del

potenciómetro regulador de intensidad sonora.

Casa Royal, MCI Electronics,

Victronics, tiendas de electrónica en

general.

30 CLP Cada una

Pulsador (o botón)

1 Botón para generar las

interrupciones

Casa Royal, MCI Electronics,

Victronics, tiendas de electrónica en

general.

250 CLP

Buzzer

1 Emite un sonido cuya frecuencia

está determinada por el potenciómetro asociado.

Casa Royal, MCI Electronics, Victronics.

1.100 CLP Cada uno

Jack 3,5 hembra

1 Utilizado en caso de querer

conectar parlantes normales, al montaje correspondiente.

Casa Royal, MCI Electronics,

Victronics, tiendas de electrónica en

general.

200 CLP

~ 126~

Componente Imagen Cantidad Uso Tiendas donde

comprar Valor aprox.

Cables de conexión o Jumpers para protoboard

+50

Para realizar las diferentes conexiones entre los componentes

(también pueden ser caseros, hechos con alambre recubierto y

un pelacables).

MCI Electronics 5.300 CLP Las 70pcs

Cable adaptador USB A - USB B

1

Este cable es el cuadrado que traen algunas impresoras, es

necesario para conectar el dispositivo Arduino al computador

y cargar los programas.

Cualquier tienda de electrónica computacional.

2.500 CLP

Páginas web y direcciones de las tiendas referidas anteriormente:

Casa Royal http://www.casaroyal.cl Dirección: Av. L. B. O'Higgins 845, Santiago, Chile. (Casa Matriz) Teléfono: (2) 2632 2313

MCI Electronics http://www.olimex.cl Dirección: Luis Thayer Ojeda 0115 Of. 1105, Providencia, Santiago, Chile. Teléfono: (2) 2333 9579 / (2) 2231 9268

Victronics http://www.victronics.cl Dirección: Eleuterio Ramírez 761, Santiago, Chile. Teléfono: (2) 2795 470

~ 127~

ANEXO 8: Manual de Construcción de los circuitos utilizados para el LED RGB

El montaje final para el LED RGB se muestra en la siguiente ilustración:

El LED RGB posee 4 terminales, uno de los cuales es el más largo de todos y debe ir conectado a tierra (el puerto a la izquierda del puerto 13), los 3 terminales restantes van conectados a puertos específicos de la plataforma Arduino, en este caso se conectó el terminal del LED encargado de encender la luz roja en el terminal 13 directamente, lo mismo ocurre para el terminal del LED azul en el puerto 8 y el terminal del LED verde en el terminal 7, la elección de estos puertos es porque en ellos, existe una resistencia interna del Arduino, que limita la corriente en los LEDs.

En el puerto 2 se conecta un extremo de un botón pulsador de dos terminales, mientras que el otro va conectado a tierra.

~ 128~

Por último se conecta un potenciómetro, en el cual su terminal central va conectado a la entrada analógica A0 de la plataforma Arduino, los dos terminales restantes van conectados a tierra y 5 volt a elección del usuario.

El listado que sigue a continuación, indica cada uno de los componentes electrónicos que son necesarios tener para el montaje del emisor de frecuencias. Además el listado incluye los precios aproximados de dichos componentes, incluyendo los lugares en donde podrán ser encontrados:

~ 129~

Materiales y componentes del LED de Newton En esta sección se encuentran los materiales necesarios para trabajar y poder ensamblar el LED de Newton.

Componente Imagen32 Cantidad Uso Tiendas donde

comprar Valor aprox.33

Arduino UNO

1

Microcontrolador que maneja el funcionamiento del

dispositivo, traduciendo las variaciones en mV del divisor

de tensión, formado con el potenciómetro y variando la

frecuencia de parpadeo.

MCI Electronics. 15.500 CLP

Protoboard

1

Es una placa de pruebas, donde se trabajan y conectan los diferentes componentes

para formar un prototipo funcional, de algún dispositivo.

Casa Royal, MCI Electronics,

Victronics, tiendas de electrónica en

general.

5.000 CLP

Potenciómetro de 1kOhm

1 Para poder cambiar la

frecuencia del parpadeo de cada color.

Casa Royal, MCI Electronics,

Victronics, tiendas de electrónica en

general.

400 CLP Cada uno

32

Todas las imágenes de esta tabla, han sido extraídas de http://www.olimex.cl, consultado el día 09/06/2013. 33

Los valores aproximados propuestos, están en relación a los valores de MCI Electronics, Victronics y Casa Royal.

~ 130~

Componente Imagen Cantidad Uso Tiendas donde

comprar Valor aprox.

LED RGB

1

LED que posee 3 colores en uno solo, y por ello, posee 4 conexiones, 3 para colores y

un cátodo común.

MCI Electronics 950 CLP Cada uno

Pulsador (o botón)

1 Botón para generar las

interrupciones

Casa Royal, MCI Electronics,

Victronics, tiendas de electrónica en

general.

250 CLP

Cables de conexión o Jumpers para protoboard

+50

Para realizar las diferentes conexiones entre los

componentes (también pueden ser caseros, hechos con alambre recubierto y un

pelacables).

MCI Electronics 5.300 CLP Las 70pcs

Cable adaptador USB A - USB B

1

Este cable es el cuadrado que traen algunas impresoras, es

necesario para conectar el dispositivo Arduino al

computador y cargar los programas.

Cualquier tienda de electrónica

computacional. 2.500 CLP

~ 131~

Páginas web y direcciones de las tiendas referidas anteriormente:

Casa Royal http://www.casaroyal.cl Dirección: Av. L. B. O'Higgins 845, Santiago, Chile. (Casa Matriz) Teléfono: (2) 2632 2313

MCI Electronics http://www.olimex.cl Dirección: Luis Thayer Ojeda 0115 Of. 1105, Providencia, Santiago, Chile. Teléfono: (2) 2333 9579 / (2) 2231 9268

Victronics http://www.victronics.cl Dirección: Eleuterio Ramírez 761, Santiago, Chile. Teléfono: (2) 2795 4700

~ 132~

ANEXO 9: Material para el docente y guías para la implementación de las experiencias indagatorias

Cuadro resumen guías propuestas

N° Guía Nombre Nivel Sensor o

generador Contenido

Pág.

1

Se enfría antes ¿La

cuchara o el café?

NM2 Sensor de

temperatura Ley de Enfriamiento de

Newton 135

2

Conducción de calor en recipientes

por contacto

NM2 Sensor de

temperatura Conducción del calor en

distintos materiales 144

3 A la sombra y al Sol, igual siento calor

NM2 Sensor de

temperatura Tipos de transferencia

de calor 151

4 Movimiento y temperatura

NM4 Sensor de

temperatura

Efecto del trabajo y la temperatura sobre la

energía interna. Primera Ley de la

Termodinámica

161

5

Evaporación de líquidos

¿Proceso de calefacción o enfriamiento?

NM2 Sensor de

temperatura Evaporación de Fluidos 170

6 Principio de Arquímedes

NM3 Sensor de

Flexión Principio de Arquímedes

Empuje de un fluido 179

7 Torque en un

pivote NM3

Sensor de Flexión

Torque 189

8

El Sonido es un tema muy grave y muy

agudo

NM1 Generador

de frecuencias

Tono 199

9 Un estruendo en el silencio

NM1 Generador

de frecuencias

Altura (Tono), Intensidad y Timbre

206

10 Combinando

diferentes colores

NM1 LED RGB El Color 215

~ 133~

Indicaciones Generales para el uso de Guías con secuencia de Enseñanza ECBI y Placa Arduino

Sobre las actividades Las actividades están centradas en que la o el estudiante es el principal

actor dentro de su proceso de enseñanza aprendizaje, dándole a la o el docente un carácter de guía dentro de este proceso.

Es la o el estudiante quien debe realizar las mediciones y el manejo adecuado del sensor siempre bajo la supervisión del docente, de manera que sea el estudiante quien realice los descubrimientos bajo un trabajo netamente indagatorio, centrado en la toma y análisis de datos, junto con una proceso de aplicación de los conocimientos donde es la o el estudiante quien, bajo la ayuda de las guías propuestas dentro de este seminario, ponga a prueba sus aprendizajes logrados con la actividades.

Se debe considerar que la o el docente debe complementar y reforzar los momentos de Focalización y Aplicación de cada actividad, para que las y los estudiantes sientan curiosidad sobre lo que están observando y experimentado, para poder lograr los objetivos de cada actividad; logrando así el aprendizaje de los contenidos que se esperan.

Sobre la evaluación de las actividades

El proceso de evaluación es un proceso importante dentro del desarrollo de las actividades propuestas, se debe siempre tener en cuenta que al momento de realizar la evaluación de cada actividad deben considerarse preguntas como ¿se han logrado los objetivos de cada actividad?, ¿se ha logrado evidenciar un desarrollo de las habilidades indagatorias?, y por sobre todo, tener en cuenta si fue posible que la o el estudiante que realizó la actividad pueda lograr la aplicación de los contenidos aprendidos. Además de que la o el estudiante logre un proceso de autorregulación su proceso de aprendizaje.

En resumen, no solo deben considerarse los conocimientos al momento de evaluar, sino que también se deben tener en cuenta las habilidades de pensamiento científico que están involucradas en cada actividad.

~ 134~

Guías propuestas para utilizar el sensor de temperatura

Las guías que se presentan a continuación, tienen como finalidad, abordar ciertos contenidos claves de la educación media, mediante el uso de un sensor de temperatura. Lo principal de esta propuesta de actividades, es que sin el uso de dicho dispositivo, no se podrían observar ciertos fenómenos físicos de manera clara y concreta.

En esta sección, se encuentra una recopilación de guías propuestas para aplicar con las y los estudiantes, siendo una orientación de cómo pueden ser las diferentes actividades que la o el docente pueda implementar en el aula, usando el sensor de temperatura; invitando así a las y los docentes a elaborar sus propias secuencias de actividades.

Sensor de temperatura: Indicaciones Generales para la o el docente respecto al montaje experimental de la placa Arduino con el Sensor:

Se debe entregar a los estudiantes el montaje del sensor a utilizar armado y listo para realizar las actividades, ya que el objetivo de cada actividad no es comprender la electrónica ni el fundamento físico tras el sensor ni la circuitería sino que se debe dar enfoque a los aprendizajes esperados de los contenidos de física que se quieren enseñar de acuerdo al programa de estudios vigente.

En todas las actividades el montaje experimental del sensor es el mismo, ya que sólo es utilizado para cuantificar valores de temperatura. El buzzer incorporado dentro del circuito es opcional, pero debe tenerse en cuenta que la función de éste es considerar intervalos de tiempo que luego pueden ser cuantificados y utilizados en actividades donde se requieran de mediciones de temperatura con respecto al tiempo.

~ 135~

Guía 1: Se enfría antes ¿la cuchara o el café?

Indicaciones al docente Resumen

La guía se desarrolla en base al trabajo de investigación y experimentación grupal. El uso del sensor se centra en el desarrollo de una descripción cualitativa a partir de los valores de temperatura medidas por el sensor, ya que para un análisis cuantitativo de la ley de enfriamiento de Newton se requiere de herramientas matemáticas que escapan a los niveles que se desarrollan en la educación media. Con esto se pretende desarrollar las habilidades que, de acuerdo a la taxonomía de Bloom se enfocan al análisis y síntesis de datos e información, ya sea interpretando los datos o bien procesándolos al momento de dibujar una gráfica que relacione ciertas variables.

Por otro lado, es muy importante visualizar los contenidos y objetivos que se abordarán en el desarrollo de la experiencia práctica. El cuadro que sigue a continuación, describe los contenidos que se abordarán los OFT34, los OFV35, las HPC36 y los objetivos propios de la actividad experimental:

Nivel NM2

Contenidos Descripción cualitativa de la Ley de Enfriamiento de Newton

OFT37 - Interés por conocer la realidad y utilizar el conocimiento

- Comprender y valorar la perseverancia, el rigor y el cumplimiento, la flexibilidad y la originalidad

OFV - Explicar diversos fenómenos en que participa el calor,

su relación con la temperatura, su medición y su interpretación cualitativa, en términos del modelo cinético de la materia.

HPC - Identificación de teorías y marcos conceptuales, problemas, hipótesis, procedimientos experimentales, inferencias y conclusiones en investigaciones clásicas y contemporáneas relacionadas con temas del nivel.

- Procesamiento e interpretación de datos, y formulación de explicaciones, apoyándose en los conceptos y modelos teóricos del nivel.

Objetivos - Elaborar hipótesis con respecto al enfriamiento de un cuerpo.

34

Objetivo Fundamental Transversal 35

Objetivo Fundamental Vertical 36

Habilidades de Pensamiento Científico 37

Tomados directamente del Marco Curricular del año 2009

~ 136~

- Encontrar patrones cuantitativos para el enfriamiento de líquidos.

- Comparar gráficamente la curva de enfriamiento de diversos fluidos

Horas pedagógicas

Dos horas

Modo de trabajo

Grupal (4 – 6 integrantes por grupo)

Indicaciones al docente específicas para la actividad

Es muy importante que al implementar ésta guía sobre la “Ley de Enfriamiento de Newton”, durante la fase de focalización, la o el docente presente un esquema explicativo de la situación en donde dos cuerpos diferentes, a la misma temperatura, comienzan a “enfriarse”. Es muy importante considerar que no hay que responder la pregunta que se plantea ya que son las y los estudiantes, los que deben realizar este trabajo.

~ 137~

Guía para el estudiante

Nombre: ___________________________________ Curso: _______ Fecha: ______

Al servir un café con el agua recién hervida, podemos percibir que está muy caliente, y si la cuchar se pone en contacto con el agua rápidamente se calienta.

Si se saca la cuchara, al pasar unos minutos, ¿es posible sentirla más caliente o más fría que el café?

Explica fundamentando tu respuesta.

Considerando la respuesta anterior, si dos cuerpos distintos se encuentran a 50°C en un ambiente de 15°C, se comienzan a enfriar, ¿crees que estos cuerpos llegan a 30°C en el mismo tiempo?, ¿o existe algún factor adicional? (puedes imaginarlo como la taza de café y la cuchara). Explica y fundamenta tu respuesta

Se enfría antes ¿La cuchara o el café?

~ 138~

En este experimento trabajaremos con líquidos, ya que de esta manera, se medirán de la forma más precisa posible por el sensor, los cambios de temperatura. Materiales

- 200 ml de agua a 50°C - Interfaz Arduino - Palito de helado - Mechero - 3 cucharadas de sal - Recipiente de vidrio - Sensor de temperatura lm35

Procedimiento experimental Para comenzar se realiza un montaje experimental como en la figura 1:

9. Reúnanse en grupos de 6 personas

10. Revisa que cuentas con todos los materiales para realizar la actividad. 11. Enciende el sensor de temperatura y comprueba que funcione

correctamente midiendo distintas temperaturas y comparando los resultados con tus compañeros (por ejemplo medir la temperatura del agua de alguna llave). Los resultados de la medición serán mostrados en los display.

12. Calienta 100 ml de agua en un recipiente a 50°C (procura que la

temperatura no exceda los 50°C). Revuelve a medida que se va calentando con un palito de helado para así homogenizar la temperatura. Verifica con el sensor que no se excedan los 50°C.

13. Al momento de que el agua alcance los 50°C, retira el recipiente del fuego y luego reinicia el sensor apretando el botón reset de la placa Arduino.

Figura 2

~ 139~

14. En el siguiente cuadro, registra la temperatura inicial:

Temperatura Inicial [°C]

15. Luego cada 20 segundos sonará un pitido producido por el buzzer

conectado a la placa Arduino. Registra la temperatura mostrada en el display, cada vez que suene el pitido, en la siguiente tabla.

Agua

Número de pitidos

Temperatura [°C]

16. Repite el procedimiento para 100 ml de agua con las 3 cucharadas de sal

Agua con sal

Número de pitido

Temperatura [°C]

~ 140~

Análisis de la información Distribuidos en parejas, dibujen las dos curvas de enfriamiento en el siguiente gráfico temperatura en función del tiempo. Gráfico de enfriamiento para agua pura y con sal

Grupalmente comparen las curvas del gráfico dibujado por cada pareja y contesten las siguientes preguntas. ¿Cuál es la variable dependiente e independiente en la actividad?

A los 4 minutos de comenzar a realizar las mediciones, ¿se encontraban a la misma temperatura los líquidos? ¿Y en el resto de los tiempos?

~ 141~

¿Cómo es la curva de enfriamiento del agua pura en comparación con el agua con sal?

¿Qué líquido se enfrió en menos tiempo?

¿Cómo es el enfriamiento del agua con respecto al agua con sal?

¿Qué podrías concluir sobre la actividad?, ¿influye de alguna manera el tipo de líquido o material que se esté enfriando?

~ 142~

Volviendo a las preguntas iniciales, ¿Cómo explicaría este fenómeno, el caso sobre la taza de café y la cuchara?

En el recuadro que sigue a continuación, escribe las definiciones que se construyeron junto a tu profesor/a.

~ 143~

Imagina la situación en que encuentras una tacita de café de 100 ml servido en la mesa, que dejo tu mamá o papá antes de salir a trabajar. Si este se encontraba inicialmente a 50ºC, y al momento de encontrarlo, justo alcanzó la temperatura ambiente de 30 °C ¿Hace cuánto tiempo aproximadamente salió tu papá o mamá?

Ahora bien, si tenemos un plato de cazuela a 50ºC (como los líquidos del experimento), ¿este baja su temperatura más rápido entre los 50ºC y 40ºC o entre los 30ºC y 20ºC? (considerando que la temperatura ambiente sea 20ºC)

~ 144~

Guía 2: Conducción de calor en recipientes por contacto

Indicaciones al docente Resumen

Esta actividad tiene como propósito descubrir cuáles son los materiales que mejor conducen el calor, a partir del tiempo en que se logra la temperatura de equilibrio entre dos volúmenes de agua separados por una barrera de cierto material, ya sea un vaso de metal, de plástico, de plumavit, etc.

Esta guía, se centra en dos de los tres niveles de orden superior propuestos por la taxonomía de Bloom, centrados en el análisis de los datos y la evaluación de éstos, tomando decisiones con respecto a los resultados obtenidos para en este caso, elegir entre el mejor y peor conductor de calor dentro de un conjunto de ciertos materiales, todo partiendo de ciertas preguntas iniciales centradas en el uso y aplicación del principio de conductividad térmica por contacto.

Por otro lado, es muy importante visualizar los contenidos y objetivos que se abordarán en el desarrollo de la experiencia práctica. El cuadro que sigue a continuación, describe los contenidos que se abordarán los OFT38, los OFV39, las HPC40 y los objetivos propios de la actividad experimental:

Nivel NM2

Contenidos Conducción del calor en distintos materiales

OFT - Interés por conocer la realidad y utilizar el conocimiento

- Comprender y valorar la perseverancia, el rigor y el cumplimiento, la flexibilidad y la originalidad

OFV - Organizar e interpretar datos, y formular explicaciones, apoyándose en teorías y conceptos científicos en estudio.

- Explicar diversos fenómenos en que participa el calor, su relación con la temperatura, su medición y su interpretación cualitativa, en términos del modelo cinético de la materia.

HPC41 - Identificación de teorías y marcos conceptuales, problemas, hipótesis, procedimientos experimentales, inferencias y conclusiones en investigaciones clásicas y contemporáneas relacionadas con temas del nivel.

- Procesamiento e interpretación de datos, y formulación de explicaciones, apoyándose en los

38

Objetivo Fundamental Transversal 39

Objetivo Fundamental Vertical 40

Habilidades de Pensamiento Científico 41

Habilidades de Pensamiento Científico

~ 145~

conceptos y modelos teóricos del nivel.

Objetivos - Analizar de manera cualitativa la transmisión de calor de diversos materiales.

- Comparar la transmisión de calor por contacto entre distintos materiales.

- Decidir cuál material transmite más calor por conducción.

Horas pedagógicas

Dos horas pedagógicas

Modo de trabajo

Grupal (4 – 6 integrantes por grupo).

Indicaciones específicas para la actividad: Es importante que cuando trabaje en la etapa de focalización, que haga

un plenario respecto a las ideas que van surgiendo las y los estudiantes, nunca decir si las respuestas están correctas o no, sino que trabajar en la exposición de las ideas.

En la etapa de Exploración, se sugiere que se usen dos sensores de temperatura, para poder comparar los datos simultáneamente, en caso contrario, es necesario alternar rápidamente el sensor entre el agua dentro del recipiente y el recipiente de plástico; logrando así, poder comparar las mediciones y la variación de la energía interna.

En la fase de contraste, el o la docente debe hacer énfasis en el fenómeno que se estudia, este caso la conducción del material, ya sea que se comporta como un buen conductor o como buen aislante.

En la etapa de aplicación, hay que considerar que como hubo conclusiones respecto a los distintos materiales usados en la exploración; en el termo las y los estudiantes deben que considerar que los materiales son buenos conductores térmicos, por lo que un “termo”, involucra necesariamente la aislación de las otras formas de trasferencia de energía calórica.

~ 146~

Guía para el estudiante

Nombre: __________________________________ Curso: ________ Fecha:______

Probablemente hayas notado que los vasos de café, son generalmente de plumavit. ¿Te imaginas que ocurriría si fuesen de metal? Además un efecto muy similar, es la comparación que sentimos al tomar con la mano una lata de bebida helada y luego verter el contenido en un vaso de plumavit. Los vasos pueden resultar ser muy intrigantes si logras notar las diferencias.

Generalmente cuando se quiere guardar agua caliente o comida caliente se utiliza un termo, ¿cómo es posible que los alimentos o el agua se mantengan calientes?, ¿Cuál crees que es el principio de funcionamiento de un termo?

Existen casas en las que resulta muy difícil mantener el “calor” de una estufa o un calefactor, ¿conoces alguna forma en que la casa retenga de mejor manera el “calor” en su interior?

Conducción de calor en recipientes por contacto

~ 147~

Materiales

- Lata de bebida - Hervidor de agua

- Vaso de plumavit (poliestireno expandido)

- 2 sensores de temperatura

- Fuente de plástico - Cronometro

- Agua

Procedimiento experimental 1. Calienta 500ml de agua a 70°C y viértelos en la fuente de plástico. Luego

mide la temperatura del agua dentro de la fuente de plástico para corroborar el valor antes mencionado.

2. Vierte 50 ml de agua a temperatura ambiente en el recipiente de plumavit.

3. Introduce el recipiente dentro del agua de manera que toda el agua

dentro del recipiente de plumavit quede sumergida dentro del agua de la fuente de plástico, pero sin que el agua de la fuente entre al recipiente de vidrio, tal como se muestra en la figura 1.

Figura 3

4. Comienza a medir con el cronometro desde el momento que introduces

el recipiente a la fuente de plástico.

5. Con el sensor de temperatura, mide tanto la temperatura del agua dentro de recipiente, como la que está dentro de la fuente, hasta aumente la temperatura del agua del interior del vaso de plumavit en 2 °C

~ 148~

6. Cuando se logre la temperatura pedida, mide y registra el tiempo

obtenido en la siguiente tabla.

Tiempo para bajar la temperatura en

dos grados Celsius

7. Repite el procedimiento anterior para usando un recipiente de metal y

registra los tiempos que se demoran en aumentar en dos grados la temperatura del agua de su interior.

Registro de información Ordena de mayor a menor los tiempos obtenidos en obtener la temperatura de equilibrio en los distintos recipientes.

Tiempo en lograr la temperatura de

equilibrio Material del recipiente

1. ¿Cómo afecta el material del material del recipiente, en el cual al agua le

tomó más tiempo lograr aumentar la temperatura?

~ 149~

2. ¿Qué tipo de conducción de la energía calórica, es la que se aísla al trabajar con vasos de diferentes materiales? y ¿por qué? (Recuerda: conducción, convección o radiación)

En el recuadro que sigue a continuación, escribe las definiciones que se construyeron junto a tu profesor/a.

~ 150~

¿Cómo es posible que los termos funcionen como aislantes térmicos, si están hechos generalmente de metal?

Si te encuentras en la intemperie con una temperatura ambiente muy baja, y considerando la posibilidad de construir un refugio sólo utilizando uno de los materiales estudiados en la actividad anterior, ¿Cuál escogerías?, ¿por qué?

~ 151~

Guía 3: A la sombra y al sol, igual siento calor

Indicaciones al docente Resumen El propósito de esta actividad es poder apreciar los diferentes métodos en que el calor se propaga por diferentes medios, ya sea por conducción, convección o radiación, mediante el sensor, que capta la temperatura y así detectar las consecuencias de estos métodos de transferencia de energía. Por ejemplo una barra, conduce la energía desde un líquido hasta el sensor, sin la necesidad de sumergirlo. También se pueden ver gradientes de temperaturas en el espacio, como consecuencia de la conexión que se produce. Y así mismo, es posible detectar el aumento de temperatura de algo, mediante la radiación que incide sobre él. De esta actividad, se espera que las y los estudiantes logren observar y reconocer las evidencias, de los diferentes tipos de transferencia de calor que existen en la naturaleza, notándolos mediante los cambios de temperatura que producen a su paso.

Por otro lado, es muy importante visualizar los contenidos y objetivos que se abordarán en el desarrollo de la experiencia práctica. El cuadro que sigue a continuación, describe los contenidos que se abordarán los OFT42, los OFV43, las HPC44 y los objetivos propios de la actividad experimental:

Nivel NM2

Contenidos Tipos de transferencia de calor

OFT - Interés por conocer la realidad y utilizar el conocimiento

- Comprender y valorar la perseverancia, el rigor y el cumplimiento, la flexibilidad y la originalidad

OFV - Organizar e interpretar datos, y formular explicaciones, apoyándose en teorías y conceptos científicos en estudio.

- Explicar diversos fenómenos en que participa el calor, su relación con la temperatura, su medición y su interpretación cualitativa, en términos del modelo cinético de la materia.

HPC45 - Identificación de teorías y marcos conceptuales, problemas, hipótesis, procedimientos experimentales, inferencias y conclusiones en investigaciones clásicas y contemporáneas relacionadas con temas del nivel.

42

Objetivo Fundamental Transversal 43

Objetivo Fundamental Vertical 44

Habilidades de Pensamiento Científico 45

Habilidades de Pensamiento Científico

~ 152~

- Procesamiento e interpretación de datos, y formulación de explicaciones, apoyándose en los conceptos y modelos teóricos del nivel.

Objetivos - Identificar los diferentes tipos de transferencia de energía calórica, y sus principales características.

- Analizar cualitativamente los tipos de transferencia de energía.

- Representar gráficamente la relación temperatura-distancia en la radiación, y temperatura-altura para la convección.

Horas pedagógicas

Dos horas pedagógicas

Modo de trabajo

Grupal (4 – 6 integrantes por grupo)

Indicaciones al docente específicas para la actividad: Es importante que al implementar a guía “A la sombra y al sol, igual siento calor", en la fase de contraste, la o el docente recopile toda la información de sus estudiantes en forma de plenario. Posteriormente debe dar la definición formal de cada uno de los fenómenos involucrados y relacionarlos con los ejemplos expuesto al inicio de la actividad indagatoria.

~ 153~

Guía para el estudiante

Nombre: ________________________________ Curso: ________ Fecha: ______

Posiblemente te hayas percatado que en los días más calurosos del verano, a pesar de estar en la sombra de un árbol, el aire suele estar muy caliente, que el contacto de tus pies (zapatillas) con el pavimento te acalora, y que la luz directa del sol sobre nuestra piel, más incómodos aún nos hace sentir. Esto se debe a que de alguna manera estamos recibiendo diferentes dosis de energía calórica en nuestro cuerpo, pero ¿de cuántas maneras diferentes la recibimos?

En los cuadros correspondientes, explica con tus propias palabras, por qué se producen las situaciones mencionadas.

¿Qué hace que una cuchara se sienta caliente, al estar

dentro de una taza con té?

¿Por qué en una tetera se calienta el agua

casi uniformemente, y no solo la parte

inferior?

¿Por qué se calienta una cuchara al estar

expuesta al sol?

1) 2) 3)

A la sombra y al sol, igual siento calor

~ 154~

Materiales - Sensor de temperatura ensamblado con Arduino

- Hervidor

- Calorímetro - Estufa (como fuente de radiación)

- Barra metálica donde pueda ensamblarse la punta del sensor

- Cinta métrica

- Agua - Regla Montaje Experimental Para trabajar el fenómeno 1, es necesario el siguiente montaje experimental.

Para trabajar con el fenómeno 2, se debe utilizar las diferencias de temperatura de la sala, como en la Figura 2.

Para trabajar el fenómeno 3, se utiliza montaje se la figura 3.

Figura 3

Figura 1

Figura 3

Figura 2

~ 155~

Fenómeno 1 Con el montaje experimental realizado, procede a introducir parte de la barra metálica en agua caliente a diferentes temperaturas y a iguales profundidades, procurando que el sensor no entre en contacto con el agua y observa lo que ocurre. ¿Qué temperatura marca el sensor al introducir parte de la barra metálica al agua?

Si el sensor mide diferente temperaturas, considerando que éste no está en contacto directo con el agua, como se puede observar ¿Por qué se produce este fenómeno?

Fenómeno 2

~ 156~

Con el montaje experimental realizado, dentro de la sala de clases, se procede a cambiar la altura en que se encuentra ubicado el sensor, registrando en la siguiente tabla, la relación temperatura-altura.

Altura [m] o [cm]

Temperatura [ºC]

Altura [m] o [cm]

Temperatura [ºC]

1 6

2 7

3 8

4 9

5 10

A continuación, grafica los valores obtenidos en la tabla anterior:

¿Qué ocurre con la temperatura, al aumentar la altura en que se encuentra ubicado el sensor?

~ 157~

¿Por qué se produce este cambio de temperatura?, ¿Tendrá alguna relación la densidad del fluido (aire o agua) en que está sumergido el sensor?

Fenómeno 3 Con el montaje realizado, ubica el sensor de temperatura a diferentes distancias de la estufa o ampolleta incandescente (o emisor de radiación utilizado), y registra los datos en la siguiente tabla.

(Ojo, no acerques a más de 30 cm de distancia el sensor, ya que podrías quemarte o quemar el sensor.)

Distancia [cm]

Temperatura [ºC]

Distancia [cm]

Temperatura [ºC]

1 6

2 7

3 8

4 9

5 10

A continuación, grafica los valores obtenidos en la tabla anterior:

~ 158~

¿Qué ocurre con la temperatura, al aumentar la altura en que se encuentra ubicado el sensor?

¿Por qué se produce este cambio de temperatura?, ¿en que afecta lo lejano o cercano que pueda estar un cuerpo de la estufa?

En el siguiente cuadro, bajo el nombre que consideres más adecuado para cada una, escribe tus conclusiones respecto a cada tipo de transferencia de energía calórica.

Conducción Convección Radiación

~ 159~

En el recuadro que sigue a continuación, escribe las definiciones que se construyeron junto a tu profesor/a.

Finalmente, ¿es posible considerar a una persona como una fuente de energía calórica? ¿Por qué?

~ 160~

Haz un dibujo a modo de ejemplo, sobre cada tipo de "transferencia de energía calórica", en el que pueda estar involucrado directamente el cuerpo humano.

Conducción Convección Radiación

~ 161~

Guía 4: ¿Movimiento y temperatura?

Indicaciones al docente Resumen

Esta actividad tiene como propósito esclarecer las dudas de que al agitar o revolver, por ejemplo una taza de té con una cuchara, permite que éste se enfríe, pero si por el contrario, esta agitación del té se hace con vigorosidad, en realidad lo que se está haciendo es entregar energía al té, haciendo que el roce de la cuchara con el fluido permita que se caliente aún más, fenómeno similar al que ocurre cuando se dobla un alambre reiteradas veces en un mismo punto de flexión.

Siguiendo con la secuencia de enseñanza propuesta, esta actividad plantea un problema, en éste caso el hecho de que el roce produce una emisión de calor por fricción, se intentarán observar las variaciones de temperatura al doblar ciertos metales y clasificarlos de acuerdo a cual adquiere una mayor o menor temperatura, lo mismo se realizará al momento de trabajar con agua en pequeñas cantidades, ya que su calor especifico es bastante grande.

Se espera que los estudiantes observen y comprendan que los procesos mecánicos producen calor debido a la fricción.

Por otro lado, es muy importante visualizar los contenidos y objetivos que se abordarán en el desarrollo de la experiencia práctica. El cuadro que sigue a continuación, describe los contenidos que se abordarán los OFT46, los OFV47, las HPC48 y los objetivos propios de la actividad experimental:

Nivel NM4 – Formación Diferenciada

Contenidos Efecto del trabajo y la temperatura sobre la energía interna. Primera Ley de la Termodinámica

OFT - Interés por conocer la realidad y utilizar el conocimiento

- Comprender y valorar la perseverancia, el rigor y el cumplimiento, la flexibilidad y la originalidad

OFV Aplicar las leyes de la termodinámica en la diversidad de contextos en que son relevantes

HPC49 - Procesamiento e interpretación de datos, y formulación de explicaciones, apoyándose en los conceptos y modelos teóricos del nivel.

46

Objetivo Fundamental Transversal 47

Objetivo Fundamental Vertical 48

Habilidades de Pensamiento Científico 49

Habilidades de Pensamiento Científico

~ 162~

Objetivos - Observar los cambios de temperatura producidos por la acción de un movimiento en un fluido.

- Cuantificar los cambios de temperatura al doblar distintos materiales o agitar ciertos fluidos.

Horas pedagógicas

Dos horas pedagógicas

Modo de trabajo

Grupal (4 – 6 integrantes por grupo)

Indicaciones especificas al docente para la actividad

Para esta actividad, hay que tener mucho cuidado con respecto al uso del sensor, ya que las variaciones que se pueden producir en los líquidos, tienden a ser muy pequeñas. Además, es muy necesario trabajar con materiales a temperatura ambiente, ya que al poseer algo a distinta temperatura, se podría apreciar un problema debido a que la energía que se le suministra genera cambios de temperatura más lentos, que el que pueda producir un proceso de enfriamiento o calentamiento.

En la focalización, al trabajar con la primera pregunta, es necesario recordar que por lo general se busca enfriar las cosas "revolviéndolas", pero sin mencionar que en realidad se les está entregando energía mediante este proceso.

En la exploración, hay que tener mucho cuidado con el manejo que hagan las y los estudiantes de los metales y el agua caliente, ya que los primeros de estos, pueden alcanzar temperaturas bastante altas, y las y los jóvenes pueden comenzar a quemar a sus propias compañeras y propios compañeros como una travesura. Además deben tener cuidado al usar el sensor para obtener un buen contacto y medir de mejor manera la temperatura.

Al trabajar en el contraste, se debe mencionar, si es que las y los estudiantes no lo han deducido, ya que los metales son quienes elevan más su temperatura, ya que su calor especifico es menor y por lo tanto requieren menos energía para lograr calentarse. Además, con respecto al tiempo en que se estén doblando los metales o revolviendo el agua, es una alusión directa a la cantidad de energía que se les está suministrando, ya que mientras más tiempo se aplique energía cinética, mayor tiempo de disipación habrá y por tanto más energía se acumulara en el líquido.

Durante el trabajo con la guía, hay que mencionar y explicar a las y los estudiantes, que el fenómeno por el cual se calientan los materiales, es por la disipación de la energía cinética que se aplica sobre este, y no porque al agitar

~ 163~

el material, se esté aumentando la energía individual de las moléculas y por ello aumente su temperatura.

Con respecto a la aplicación, basta con que las y los estudiantes ideen algún mecanismo o proceso, mediante el cual se pueda lograr aprovechar de mejor manera este fenómeno, y así lograr un mayor aumento en la temperatura.

~ 164~

Guía para el estudiante

Nombre: ____________________________________Curso:_______ Fecha: ______

Probablemente has tenido alguna vez entre tus manos una cálida taza de café, que tuviste que enfriar soplándola porque estaba muy caliente. O tal vez escuchaste de alguna persona mayor que revolviéndola, esta se enfriaría más rápido. Pero ¿qué tan verídico es esto último?

Alguna vez te has preguntado por qué sube tanto la temperatura corporal cuando hacemos ejercicio, ¿a qué crees que se deba esto?

¿Crees que la situación tiene alguna similitud como cuando una persona intenta prender una fogata frotando palitos?

¿Movimiento y temperatura?

~ 165~

¿Te han dicho alguna vez que revuelvas el té o la sopa para que se enfríe?, ¿Qué provoca en la sopa el hecho de revolverla?

Materiales

- Alambre de aluminio - agua

- Alambre de cobre - alcohol

- Alambre de hierro - sensor de temperatura lm35

- Recipiente plástico - Arduino uno

Procedimiento experimental Parte 1:

1. Realiza el siguiente montaje experimental para poder observar el fenómeno físico.

Figura 4

2. Introduce el alambre de cobre a un recipiente con agua a temperatura ambiente, luego de esto mide la temperatura hasta lograr el equilibrio térmico.

~ 166~

3. Cuando se alcance la temperatura de equilibrio, saca el alambre del agua y sécalo rápidamente, así obtendrás un alambre a temperatura ambiente.

4. Dobla el alambre en V y comienza a doblarlo reiteradas veces de manera

que se doble en un mismo punto durante 10 segundos. Procura que el alambre no se rompa.

5. Pon el punto donde se dobla el alambre en contacto con el sensor.

6. Registra los valores de temperatura inicial y final en la siguiente tabla:

Material del alambre Temperatura inicial [ºC]

Temperatura final [ºC]

Cobre

Aluminio

Hierro

7. Repite el procedimiento para el resto de los alambres. Y registra los

datos de temperatura.

8. Repite la actividad anterior doblando durante 5 segundos.

Material del alambre Temperatura inicial [ºC]

Temperatura final [ºC]

Cobre

Aluminio

Hierro

Parte 2: Ahora observemos lo que sucede si en vez de doblar alambres, agitamos líquidos.

1. Vierte 50ml de agua a temperatura ambiente en un recipiente. Mida la temperatura del agua y registra ese valor

Temperatura INICIAL del agua:

[ºC]

2. Agite de manera rápida sin detenerse durante 10 segundos.

~ 167~

3. Mida nuevamente la magnitud de la temperatura del agua

Temperatura FINAL del agua:

[ºC]

4. Repita el procedimiento con 50 ml de alcohol y registre los valores en la

siguiente tabla

Temperatura

inicial [ºC] Temperatura final

[ºC]

Alcohol

Con respecto a lo trabajado anteriormente, responde: ¿Qué sucedió con la temperatura del líquido o metal, en los casos estudiados?

¿Qué material aumentó más su temperatura?, ¿Por qué crees que se produce esa diferencia?

¿Cuándo los materiales elevaron más su temperatura?, ¿crees que hay una relación entre la temperatura y el tiempo el cual se agitó o doblo el material?

~ 168~

Viéndolo desde otro punto de vista, ¿tendrá algo que ver el movimiento de las moléculas que componen cada material? De ser así, ¿en que afecta?

En el recuadro que sigue a continuación, escribe las definiciones que se construyeron junto a tu profesor/a.

~ 169~

Retomando una de las preguntas iniciales de esta guía, explica cómo es posible prender fuego mediante palitos50, y cuál es la explicación física de ello.

A continuación, haz un dibujo, esquema y/o realiza una explicación, de cómo optimizar este fenómeno para elevar la temperatura de 1 litro de agua.

50

Imagen adaptada de: http://3.bp.blogspot.com/-aT90xUIkluc/UO3EE8XIn_I/AAAAAAAAA5Q/zB3mWjCSbV8/s320/3.bmp, obtenido: 19 – 08 – 2013

Figura 5

~ 170~

Guía 5 Evaporación de líquidos ¿Proceso de calefacción o enfriamiento?

Indicaciones al docente Resumen

Por lo general, un proceso como la evaporación se asocia directamente con un proceso donde las cosas están solo calientes o están aumentando la temperatura, pero en realidad un fenómeno como la evaporación puede presentarse a cualquier temperatura para los líquidos, siendo siempre necesaria energía para lograrse. Es por ello, que esta guía presenta la evaporación, y su principal característica, “extraer energía de su entorno para lograr evaporarse”, donde se pueden apreciar ejemplos útiles, y utilizar el mismo sensor de temperatura, como una fuente de energía para lograr esta evaporación, lo que disminuirá su temperatura, y la registrara en el display.

Como dato importante, esta disminución de temperatura puede acelerarse, soplando el sensor, ya que el aire en movimiento produce un aumento de la evaporación con lo que el líquido extrae más energía del cuerpo con el que está en contacto.

Por otro lado, es muy importante visualizar los contenidos y objetivos que se abordarán en el desarrollo de la experiencia práctica. El cuadro que sigue a continuación, describe los contenidos que se abordarán los OFT51, los OFV52, las HPC53 y los objetivos propios de la actividad experimental:

Nivel NM2

Contenidos Evaporación de fluidos

OFT - Interés por conocer la realidad y utilizar el conocimiento

- Comprender y valorar la perseverancia, el rigor y el cumplimiento, la flexibilidad y la originalidad

OFV - Organizar e interpretar datos, y formular explicaciones, apoyándose en teorías y conceptos científicos en estudio.

- Explicar diversos fenómenos en que participa el calor, su relación con la temperatura, su medición y su interpretación cualitativa, en términos del modelo cinético de la materia.

HPC54 - Identificación de teorías y marcos conceptuales, problemas, hipótesis, procedimientos experimentales, inferencias y conclusiones en investigaciones clásicas

51

Objetivo Fundamental Transversal 52

Objetivo Fundamental Vertical 53

Habilidades de Pensamiento Científico 54

Habilidades de Pensamiento Científico

~ 171~

y contemporáneas relacionadas con temas del nivel. - Procesamiento e interpretación de datos, y

formulación de explicaciones, apoyándose en los conceptos y modelos teóricos del nivel.

Objetivos - Observar el fenómeno de la evaporación como un proceso para enfriar otro cuerpo, y asociarlo al sudor humano.

- Analizar la razón del enfriamiento de un cuerpo al estar húmedo (o cubierto por algún liquido volátil)

Horas pedagógicas

Dos horas pedagógicas

Modo de trabajo

Grupal (4 – 6 integrantes por grupo)

Indicaciones especificas al docente para la actividad

En la parte de contraste, es importante que la o el docente oriente al curso, en una discusión respecto a los resultados obtenidos. Es muy importante que se comparen los distintos resultados, para comenzar a construir de manera colectiva las definiciones.

De las preguntas que se plantean, se esperan que las y los estudiantes tengan las siguientes observaciones:

- Al pasar un tiempo, ¿Qué ocurre con el líquido que estaba sobre el sensor? R: El líquido se evapora, por lo que se deja de ver el líquido y éste se seca.

- Para que lograra ocurrir lo anteriormente mencionado ¿De dónde extrae la energía el líquido? R: El líquido extrae energía del sensor, no extrae energía eléctrica, sino que energía calórica, haciendo que la temperatura descienda.

- Comparando los datos obtenidos con respecto al agua y el alcohol, y el tiempo que le toma llegar al sensor a su temperatura mínima, ¿Cuál de estos líquidos se evapora más rápido? R: El alcohol es el que se evapora más rápido, ya que tiene un calor especifico mucho más bajo que el agua.

En la fase de Aplicación, en la situación del camping que se plantea, deberá esperarse la siguiente respuesta:

Al aplicarle agua a una botella y humedecerla, manteniéndola en un lugar seco y sombrío, el agua para evaporarse extraerá energía de la botella, por lo que ésta se enfriará al cabo de un tiempo.

~ 172~

Guía para el estudiante

Nombre:____________________________________Curso:________Fecha:______

Al darse una ducha en un día caluroso, hay personas que prefieren el agua fría y otra caliente, pero siempre se busca la misma función, "refrescarse". Suena bastante ilógico que alguien quiera refrescarse con agua caliente, puede resultarnos hasta contradictorio, pero llegado el momento, y si lo hacemos, resulta que efectivamente tras la ducha caliente, se produce el fenómeno deseado. A primera vista puede pensarse "es que el agua se enfrió en tu cuerpo", pero ¿es realmente esta la razón de sentirnos más frescos?

Basado en tus conocimientos cotidianos, responde con tus propias palabras:

¿Por qué crees que el cuerpo humano transpira para refrescarse frente a las altas temperaturas, si este sudor posee la misma temperatura del cuerpo?

Si tuvieses que enfriar una bebida durante un camping, ¿Qué método utilizarías para lograr enfriarla lo máximo posible?

Evaporación de líquidos

¿Proceso de calefacción o enfriamiento?

~ 173~

Exploración: Materiales

- Sensor de temperatura ensamblado con Arduino - Agua - Alcohol - Sal

Procedimiento experimental

Para trabajar en este experimento, debes armar el montaje señalado en la figura 1. Y luego, continuar el experimento mediante los siguientes pasos.

1- Primero debes sumergir el sensor de temperatura en el líquido deseado, ya sea agua o alcohol.

2- Registrar la temperatura a la que éste se encuentra. 3- Luego retirarlo del líquido. 4- Al estar expuesto al aire, observa cómo cambia la temperatura medida

por el sensor. 5- Finalmente, repetir este proceso, limpiando bien el sensor, para los

demás líquidos. De esta forma, es posible simular el proceso en que la piel se enfría al estar humedecida por la transpiración.

Figura 6

~ 174~

Registro de información

Agua

Temperatura inicial [ºC]

Temperatura mínima registrada [ºC]

Agua con sal

Temperatura inicial [ºC]

Temperatura mínima registrada [ºC]

Alcohol

Temperatura inicial [ºC]

Temperatura mínima registrada [ºC]

Con respecto a esta información, ¿Con qué líquido, se logró alcanzar la menor temperatura al retirar el sensor?

Teniendo en cuenta que observaste detalladamente los tres casos, ¿Cuál de ellos alcanzó en menos tiempo la temperatura mínima registrada?

~ 175~

Considerando que el sensor, al estar humedecido se puede comparar con la piel humana, cubierta de transpiración, ¿Qué ocurre realmente con el líquido sobre la piel?

Para que lograra ocurrir lo anteriormente mencionado, ¿de dónde extrae la energía el líquido?

Comparando los datos obtenidos con respecto al agua y el alcohol, y el tiempo que le toma llegar al sensor a su temperatura mínima, ¿Cuál de estos líquidos se evapora más rápido?

~ 176~

En el recuadro que sigue a continuación, escribe las definiciones que se construyeron junto a tu profesor/a.

Retomando la pregunta inicial, si tuvieses que enfriar una bebida durante un camping, ¿Qué método utilizarías para lograr enfriarla lo máximo posible?

~ 177~

Considerando este fenómeno, ¿cuál crees tú que es el proceso principal mediante el cual funcionan las máquinas de "Aire Acondicionado"?

~ 178~

Guías propuestas para utilizar el sensor de Flexión

Las guías que se presentan a continuación, tienen como finalidad, abordar ciertos contenidos claves de la educación media, mediante el uso de un sensor de flexión. Lo principal de esta propuesta de actividades, es que sin el uso de dicho dispositivo, no se podrían observar ciertos fenómenos físicos de manera clara y concreta.

En esta sección, se encuentra una recopilación de guías propuestas para aplicar con las y los estudiantes, siendo una orientación de cómo pueden ser las diferentes actividades que la o el docente pueda implementar en el aula, usando el sensor de flexión; invitando así a las y los docentes a elaborar sus propias secuencias de actividades. Sensor de Flexión: Indicaciones Generales para la o el docente respecto al montaje experimental de la placa Arduino con el Sensor:

La electrónica dentro del circuito que se utiliza para el manejo de este sensor es compleja y las actividades no se deben enfocar en la construcción del montaje en sí, sino que se le debe dar el enfoque al logro de los objetivos de cada actividad propuesta, con el fin de no desvirtuar las actividades en pos de la comprensión de la electrónica, sin embargo, el docente debe tener ciertas nociones mínimas acerca de cómo funciona la electrónica del circuito para poder responder algunas preguntas naturales de las y los estudiantes.

Muchas de las actividades se pueden apreciar cualitativamente con solo mirar el grado de flexión del sensor, pero se debe dar importancia también al manejo de datos, por lo que el valor que se puede mostrar en el display no debe pasar desapercibido, ya que forma una parte importante dentro de cada actividad.

La unidad de medida con la cual trabaja este sensor es la de gramos-fuerza (gf), esto se debe a que las mediciones se realizan con más precisión utilizando ésta unidad de medida dados los pequeños valores de peso que se pueden medir y manipular.

Además, es necesario recalcar, que la unidad en que trabaja el sensor de flexión, corresponden a los gramo-fuerza, por lo que es una medida de fuerza que nos resulta muy cómoda para poder asociarla directamente a la masa del cuerpo estudiado.

~ 179~

Guía 6 El principio de Arquímedes

Indicaciones al docente Resumen:

Las cuantificaciones relacionadas con los CMO de fluidos en el aula, generalmente son complejas requieren de cierto aparataje, de manera que en términos del principio de Arquímedes, es difícil visualizar y cuantificar el empuje, cuando su volumen es pequeño, que sufre un cuerpo al momento de estar completa o parcialmente sumergido en un fluido, como por ejemplo en agua o salmuera. Para poder cuantificar y mostrar lo anterior, se utiliza el sensor de flexión de manera que un objeto liviano cuelga del sensor con una cierta masa y se introduce en el agua, de tal manera que tenga una densidad bastante mayor o levemente mayor a la del agua, con el objeto de cuantificar el empuje que sufre dicho cuerpo.

Se espera que se pueda diferenciar el empuje realizado por distintos fluidos con pequeñas diferencias de densidades, demostrando que el empuje no es el mismo, ya sea en agua, agua con sal o agua con otro producto, dando pie para profundizar en aplicaciones tales como el funcionamiento de los submarinos, o pérdidas aparente del peso de cuerpos sumergidos.

Por otro lado, es muy importante visualizar los contenidos y objetivos que se abordarán en el desarrollo de la experiencia práctica. El cuadro que sigue a continuación, describe los contenidos que se abordarán los OFT55, los OFV56, las HPC57 y los objetivos propios de la actividad experimental:

Nivel NM3

Contenidos Empuje de un fluido – Principio de Arquímedes

OFT - Comprender y valorar la perseverancia, el rigor y el cumplimiento, la flexibilidad y la originalidad.

- Interés por conocer la realidad y utilizar el conocimiento.

- Organizar e interpretar datos, y formular explicaciones, apoyándose en teorías y conceptos científicos en estudio.

- Explicar diversos fenómenos en que participa el calor, su relación con la temperatura, su medición y su interpretación cualitativa, en términos del modelo cinético de la materia.

OFV - Describir la conexión lógica entre hipótesis, conceptos, procedimientos, datos recogidos, resultados y conclusiones extraídas en

55

Objetivo Fundamental Transversal 56

Objetivo Fundamental Vertical 57

Habilidades de Pensamiento Científico

~ 180~

investigaciones científicas. - Organizar e interpretar datos, y formular

explicaciones, apoyándose en las teorías y conceptos científicos en estudio.

- Entender los conceptos y leyes físicas fundamentales que describen el comportamiento de los fluidos, tanto en reposo como en movimiento, para explicar fenómenos naturales y el funcionamiento de algunos aparatos tecnológicos.

HPC58 - Procesamiento e interpretación de datos, y formulación de explicaciones, apoyándose en los conceptos y modelos teóricos del nivel, por ejemplo, investigaciones prácticas del Principio de Arquímedes.

Objetivos - Visualizar el principio de Arquímedes cuantificando el empuje producido por ciertos fluidos.

- Diferenciar el empuje realizado por distintos fluidos.

Horas pedagógicas

Dos horas pedagógicas

Modo de trabajo

Grupal (4 – 6 integrantes por grupo).

Indicaciones especificas al docente para la actividad

Al trabajar con el sensor de fuerza, se recomienda lograr mantener lo más quieto posible el cuerpo que se cuelga de él, ya que cualquier oscilación puede hacer variar la medición de la fuerza.

La focalización de esta guía, se basa principalmente en asociar el fenómeno con situaciones que las y los estudiantes hayan vivido anteriormente, como un paseo a la piscina o a la playa.

Al trabajar en la exploración, se pueden observar lo que está ocurriendo, ya sea el estado curvo en que se encuentre el sensor, ya que a más peso, estará más doblado, y también el registro que muestra el display. Es necesario poner atención, en que la medición que muestra el display está programada, en la unidad de gramo-fuerza.

Se espera que en el contraste, los estudiantes tengan conclusiones similares, ya que sus experiencias probablemente no eran muy diferentes en las piscinas o playas, y si realizaron el experimento de una forma adecuada, no debieran ser muy diferentes entre sí.

58

Habilidades de Pensamiento Científico

~ 181~

Finalmente en la aplicación, los experimentos o situaciones que se proponen no deben ser trabajados, solo imaginadas, para que las y los estudiantes mediante su ingenio, logren extrapolar la información asimilada anteriormente. Además, para la última pregunta de la guía, puede resultar muy cómodo e interesante, desafiar a los estudiantes que hagan flotar un trozo de plastilina, demostrando que no flota por un problema de densidad, sino por la cantidad de agua que desplaza.

~ 182~

Guía para el estudiante

Nombre: __________________________________ Curso: _______ Fecha:______

Al ir de paseo a la piscina con amigos, es posible notar que al estar en el agua pasan cosas raras, como por ejemplo si adoptamos cierta posición podemos flotar cómodamente, si nos movemos muy brusco es posible que nos hundamos, y además, si botamos todo el aire de nuestros pulmones por muy quieto que estemos, también nos hundiremos. Además en la piscina somos todos unos acróbatas, ya que podemos hacer fácilmente posición invertida y hasta hacer saltos mortales.

En todo momento nos encontramos inmersos en medio de un fluido, por ejemplo el aire, pero en verano muchas veces vamos de paseo a la piscina o la playa y nos tiramos un chapuzón en el agua para refrescarnos.

¿Te sientes más liviano al estar dentro del agua?

Principio de Arquímedes

~ 183~

¿Cómo puede ser posible que flotes en el agua?

¿Será lo mismo flotar en el agua del mar y el agua de una piscina?, ¿Por qué?

¿Te has fijado que algunos cuerpos se hunden y otros flotan con una cierta parte de ellos sumergida en el agua?, ¿por qué piensas que puede pasar esto?

~ 184~

Materiales - Agua - Regla

- Sal de mesa - Hilo de nylon - Aros “tipo perla” - Recipiente plástico - Botones de diferentes

tamaños - Sensor de flexión ensamblado con

Arduino Procedimiento experimental 1. En primer lugar mide el peso de los objetos antes de introducirlos en los

fluidos y regístralos en la siguiente tabla:

Objeto Fuerza (gf)

1

2

3

4

2. A continuación en un recipiente

vierte agua y escoge uno de los objetos que masaste previamente, para introducirlo en él, como se muestra en la siguiente figura:

Figura 7

~ 185~

3. ¿Qué sucede con la barrita del sensor de flexión? Describe su comportamiento del sensor al introducir el objeto al agua en la medida que vas variando la profundidad.

4. Con una regla mide desde la superficie del agua hasta una profundidad de

aproximadamente 4 cm y luego de esto hunde cada objeto a tal profundidad. Registra los valores de gramos-fuerza para cada caso en la siguiente tabla:

Objeto Fuerza (gf)

1

2

3

4

5. Repite el procedimiento número 4, esta vez utilizando agua con abundante

sal de mesa (salmuera)

Objeto Fuerza (gf)

1

2

3

4

~ 186~

Si nos damos cuenta, la fuerza que mide el sensor al introducir los objetos al agua es menor que al momento de masar los objetos en el aire, ¿por qué crees que se produce este fenómeno?

¿Todos los objetos disminuyeron su peso en la misma cantidad, o pueden existir otras variables involucradas?, ¿los objetos pequeños disminuyeron en mayor o menor cantidad su peso?

¿Son iguales las mediciones de peso realizadas a cada objeto en agua pura y agua con sal?, ¿Qué cambios puede producir el hecho de agregar sal al agua?

~ 187~

En el recuadro que sigue a continuación, escribe las definiciones que se construyeron junto a tu profesor/a.

Si agregamos un poco de maicena al agua ésta va a cambiar su densidad, ¿Es posible poder calcular la densidad del agua con maicena utilizando el principio de Arquímedes y el sensor de flexión? ¿Cómo lo harías?

~ 188~

¿Podrías establecer una relación entre la actividad realizada y la diferencia que se produce al flotar en el océano o la piscina?

¿Crees que los submarinos utilicen el mismo principio que el trabajado en la actividad?

~ 189~

Guía 7 Torque en un pivote

Indicaciones al docente Resumen:

Cuando se analizan las leyes de Newton, pocas veces se utilizan dinamómetros para poder cuantificar las fuerzas que se aplican sobre ciertos cuerpos, es posible utilizar un resorte para poder medir la fuerza a través de la ley de Hooke pero sin embargo estas mediciones son directamente de fuerza y dependen previamente de los estiramientos del resorte. En este caso la actividad pretende mostrar las variaciones en el torque al aplicar la relación entre la fuerza y la distancia en una barra de madera homogénea, la cual está afirmada con una bisagra en uno de sus extremos, la idea es poder observar cualitativa y cuantitativamente las variaciones en los valores de fuerza y distancia.

Por otro lado, es muy importante visualizar los contenidos y objetivos que se abordarán en el desarrollo de la experiencia práctica. El cuadro que sigue a continuación, describe los contenidos que se abordarán los OFT59, los OFV60, las HPC61 y los objetivos propios de la actividad experimental:

Nivel NM3 – Formación diferenciada

Contenidos Mecánica – Torque

OFT - Comprender y valorar la perseverancia, el rigor y el cumplimiento, la flexibilidad y la originalidad.

- Interés por conocer la realidad y utilizar el conocimiento.

- Organizar e interpretar datos, y formular explicaciones, apoyándose en teorías y conceptos científicos en estudio.

OFV - Establecen las condiciones que debe cumplir un cuerpo que se encuentra en equilibrio de traslación y rotación si sobre él actúan fuerzas

- Aplican las condiciones de equilibrio de rotación y traslación a la solución de problemas y en el análisis de situaciones de la vida diaria

- Determinan experimentalmente el centro de gravedad de un cuerpo homogéneo y no homogéneo;

- Describen los diferentes tipos de equilibrios y los relacionan con situaciones cotidianas.

HPC62 Procesamiento e interpretación de datos, y formulación de

59

Objetivo Fundamental Transversal 60

Objetivo Fundamental Vertical 61

Habilidades de Pensamiento Científico 62

Habilidades de Pensamiento Científico

~ 190~

explicaciones, apoyándose en los conceptos y modelos teóricos del nivel.

Objetivos - Analizar gráficamente la variación con respecto a la distancia en la cual se aplica dicha fuerza.

- Conocer aplicaciones del uso del torque.

Horas pedagógicas

Dos horas pedagógicas

Modo de trabajo

Grupal (4 – 6 integrantes por grupo).

Indicaciones especificas al docente para la actividad

Se debe considerar que la etapa de focalización se explica algunas de las situaciones donde se puede encontrar la relación entre fuerza distancia y torque. Si es que se desea, se pueden agregar más situaciones para lograr llamar la atención de las y los estudiantes. Es importante que al hablar de posición ideal para levantar algún cuerpo, se esté hablando de la posición de los brazos, ya que son estos, junto a los hombros y espalda, quienes ejercen la fuerza principalmente, y por lo tanto, requieren de alguna posición especial para aprovechar la fuerza proveniente de los muslos. Para ello se debe hacer alusión a una posición en que los brazos estén cerca del cuerpo, y otra en que se encuentren extendidos. De ser necesario, puede resultar útil, por ejemplo en el caso de los cuatro libros, que la profesora o el profesor realice una demostración con su propio cuerpo, para obtener una mejor visualización.

Durante la exploración, es importante que el hilo se mantenga vertical con respecto al suelo, ya que si no, la ecuación del torque (o torque), no podría aplicarse al tener un ángulo diferente al necesario.

Finalmente en la aplicación, es posible considerar más ejemplos de los presentados, y siempre dar énfasis en el carácter giratorio (con respecto a algún punto) que estos posean.

~ 191~

Guía para el estudiante

Nombre: ____________________________________Curso:________Fecha:______

Probablemente, cuando eras niña o niño, te subías a un juego de la plaza, llamado balancín (o “sube y baja”), donde dos personas suben y bajan alternadamente mediante una gran barra. Puede resultar ser un juego muy entretenido, a menos claro, que uno de tus amigos sea mucho más grande que tú.

Existen muchísimas situaciones donde se puede observar este fenómeno en la naturaleza, pero a simple vista parecen resultar cosas muy diferentes entre sí.

Por ejemplo cuando queremos levantar un objeto pesado, como una caja con libros, ¿crees que existe alguna posición ideal para levantar tal caja?

¿De qué crees tú que depende, el poder levantar esta caja?, y ¿por qué?

Torque en un pivote

~ 192~

Si tuvieses que transportar 4 libros en tus manos, ¿cómo lo harías, llevándolos cerca de tu cuerpo, o con los brazos extendidos hacia los lados? (justifica tu respuesta)

Materiales - Cinta de scotch (Bisagra) - Plataforma Arduino - Palos de madera - Hilo - Palitos de helado - Regla - Sensor de flexión de 2,2” - Transportador

Procedimiento experimental El experimento que realizaremos a continuación tiene como propósito buscar los factores que influyen al levantar un objeto, de manera que puedas cuidar tu cuerpo al momento de querer levantar cosas pesadas.

1. Para lo anterior deberás construir el montaje experimental de la figura 1:

Figura 8

~ 193~

2. Varía la posición del hilo en el brazo acercándote al pivote (la bisagra construida con scotch) de tal forma, que el hilo siempre esté de manera vertical con respecto al suelo. Es recomendable hacerle muescas a los palitos de helado en sus bordes cada 1 cm para realizar las mediciones que se piden a continuación, con el propósito de que el hilo no se mueva de su posición al variarlo.

3. Al realizar los cambios mencionados, ¿Qué sucede con el sensor de flexión?, ¿existe algún cambio con respecto a la primera posición?

4. A continuación registra los datos de fuerza que se muestran en el display,

con una regla mide desde el pivote a la posición en donde se encuentra amarrado el sensor, observa en el transportador el ángulo de inclinación del palito y anótalos en la siguiente tabla.

Posición (cm) Fuerza (N)

1

2

3

4

5

6

7

~ 194~

5. Realiza un gráfico de Fuerza en función de la distancia

6. En física, el torque es el producto cruz entre la fuerza, la distancia con respecto a algún punto y el seno del ángulo entre la fuerza y el palito (este último es el mismo ángulo que mediste con el transportador). Con tus datos anteriores, calcula este torque y registra tus datos en la siguiente tabla:

Torque

1

2

3

4

5

6

7

~ 195~

7. A continuación, realiza un gráfico de torque con respecto con a la distancia:

Si la masa del brazo (palito de helado) permanece constante, y por lo tanto su peso también lo sea, ¿a qué se debe que en algunas posiciones el sensor detecte una fuerza mayor sobre él?

¿Qué relación puedes encontrar entre el experimento y la situación presentada al comienzo, donde se hablaba sobre sostener 4 libros?

~ 196~

¿A qué distancia se necesita de una mayor fuerza para sostener el brazo del montaje?

En el recuadro que sigue a continuación, escribe las definiciones que se construyeron junto a tu profesor/a.

¿Existe alguna relación entre el torque y el deporte?:

~ 197~

Al abrir una puerta, ¿por qué crees que las manillas están en el lado contrario de las bisagras?

Al jugar en un balancín63, ¿por qué inclinarse hacia atrás resultaba efectivo para ganar, y algunos lo consideraban hasta trampa?

63

Imagen extraída de http://www.redecorando.com/wp-content/uploads/2012/06/balancin.jpg, obtenida: 22 – 08 – 2013

~ 198~

Guías propuestas para el uso del Generador de Frecuencias

Las guías que se presentan a continuación, tienen como finalidad, abordar ciertos contenidos claves de la educación media, mediante el uso de un generador de frecuencias. Lo principal de esta propuesta de actividades, es que sin el uso de dicho dispositivo, no se podrían observar ciertos fenómenos físicos de manera clara y concreta.

En esta sección, se encuentra una recopilación de guías propuestas para aplicar con las y los estudiantes, siendo una orientación de cómo pueden ser las diferentes actividades que la o el docente pueda implementar en el aula, usando un generador de frecuencias; invitando así a las y los docentes a elaborar sus propias secuencias de actividades. Generador de frecuencias Indicaciones Generales para la o el docente respecto al montaje experimental de la placa Arduino con el generador:

El generador de frecuencias, es un montaje electrónico mucho más sencillo que los anteriores, ya que sólo consiste en la conexión de uno o dos buzzers (o también puede ser un Jack de 3.5 hembra), un potenciómetro para cada uno que regula la intensidad del sonido, y otro potenciómetro que maneja la frecuencia sonora del dispositivo. Además, cuenta con un pequeño pulsador, que cumple la función de “cambiar” entre las notas musicales, y la frecuencia variable.

Es muy probable, que como docente se deseara el manejo de estas frecuencias, con una interfaz de visualización, como los display de los experimentos anteriores, pero la cantidad de conexiones necesarias (en este caso para 5 display, ya que la frecuencia varía entre 20 Hz y 20 kHz aproximadamente) son demasiadas, y no resultan compatibles para un montaje realizado con la versión “Arduino UNO” que es la más simple y utilizada en este documento.

Al realizar este experimento, se debe tener en consideración que los cables para conectar el buzzer, pueden tener cualquier extensión, de esta manera es posible ubicar ambos “parlantes” a diferentes distancias, o hasta introducir en tubos si se desea incurrir en experimentos independientes de los expuestos aquí. El dispositivo de emisión que se utilice, puede ser perfectamente un buzzer o parlante en el caso de la conexión Jack, pero también puede ser, y es muy recomendable, un pequeño parlante de celular o algún dispositivo tecnológico sonoro, ya que estos al ser utilizados por lo general para reproducir música o comunicar con voz, poseen una mejor calidad sonora, y puede resultar mucho más agradable trabajar con ellos.

~ 199~

Guía 8 El Sonido es un tema muy grave y agudo

Indicaciones al docente Resumen Esta guía está basada en la utilización de nuestros oídos, como un sensor para el experimento, y este puede entregarnos los resultados de sus mediciones en forma cualitativa. De esta manera, y mediante el generador de frecuencias, es posible realizar una experiencia en la cual, los y las estudiantes puede distinguir entre frecuencias altas y bajas, diferenciándolas como agudas y graves respectivamente, utilizando como patrón la escala musical que puede ser escuchada, mediante el botón asociado a esa función.

Por otro lado, es muy importante visualizar los contenidos y objetivos que se abordarán en el desarrollo de la experiencia práctica. El cuadro que sigue a continuación, describe los contenidos que se abordarán los OFT64, los OFV65, las HPC66 y los objetivos propios de la actividad experimental:

Nivel NM1

Contenidos Descripción de las características básicas del Sonido (altura, intensidad y timbre)

OFT67 - Interés por conocer la realidad y utilizar el conocimiento

- Comprender y valorar la perseverancia, el rigor y el cumplimiento, la flexibilidad y la originalidad

OFV - Organizar e interpretar datos, y formular explicaciones, apoyándose en las teorías y conceptos científicos en estudio.

- Comprender la importancia de las teorías e hipótesis de investigación científica y distinguir entre unas y otras.

HPC68 - Identificación de problemas, hipótesis, procedimientos experimentales, inferencias y conclusiones, en investigaciones científicas clásicas o contemporáneas.

- Procesamiento e interpretación de datos, formulación de explicaciones, apoyándose en los conceptos y modelos teóricos del nivel.

Objetivos - Distinguir y diferenciar distintas frecuencias (tono) de ondas sonaras.

64

Objetivo Fundamental Transversal 65

Objetivo Fundamental Vertical 66

Habilidades de Pensamiento Científico 67

Tomados directamente del Marco Curricular del año 2009 68

Habilidades de Pensamiento Científico

~ 200~

Horas pedagógicas

Una hora pedagógica

Modo de trabajo

Grupal (4 – 6 integrantes por grupo)

Indicaciones especificas al docente para la actividad

Para trabajar en la focalización de esta experiencia, puede ser muy conveniente realzar las diferencias entre la voz de un hombre y una mujer, o un hombre con un niño pequeño, donde se comprenda que ambos pueden gritar muy fuerte o hablar despacio, pero siempre existe tanto una diferencia en como suenan, tratando de no hacer alusión a lo grave o agudo del sonido, siendo ellos mismos quienes lo concluyan.

En la exploración, el dispositivo generador de frecuencias está programado de tal forma, que al encenderlo comienza activo en la fase “frecuencia variable”, donde es posible modificar la frecuencia del sonido al antojo de cada estudiante, mientras que al presionar el botón, comienza a sonar un Do (130,8 Hz) constante y a continuación el resto de la escala musical.

Durante la aplicación, la primera pregunta está asociada a que respondan “un sonido agudo” o “una frecuencia sonora alta”, pero de todas maneras cualquier respuesta bien fundamentada, es un logro para el trabajo con esta guía. Mientras que la segunda pregunta, corresponde directamente a los tonos más graves de una melodía, los que suelen llamarse “bajos”.

~ 201~

Guía para el estudiante

Nombre: _________________________________ Curso: ________Fecha: ______

Por lo general, las personas escuchamos muchísimas cosas en la vida, ya sea la voz de otras personas, ruidos ambientales, la contaminación acústica de lugares muy transitados y hasta música. Pero todos estos sonidos, están conformados por otro tipo de sonidos más básicos, los que poseen diferentes características. ¿Alguna vez has escuchado algún ruido que te parece ser muy homogéneo?, pues posiblemente hallas estado en presencia de algo no muy común para la naturaleza.

En el contexto de la música que solemos escuchar, o sobre las clases de esta área, que hemos tenido en el colegio, ¿Qué entiendes tú por una nota musical?

¿Qué crees tú, que hace la diferencia entre las notas musicales?

El Sonido es un tema muy grave y agudo

~ 202~

Al escuchar en una radio alguna canción o simplemente lo que estén transmitiendo, ¿Cuándo es posible considerar un sonido como agudo o grave?, ¿tendrá esto alguna relación con el volumen al que este puesto el aparato?

En este experimento, el único material necesario es el emisor de frecuencias y tus propios oídos.

Una vez conectado el buzzer a la plataforma Arduino, y luego de encenderlo, gira el potenciómetro de las frecuencias, hasta encontrar la menor posible. A continuación, y lentamente, comienza a girarlo de manera que aumente la frecuencia del sonido poco a poco, y escúchalo con atención.

Al aumentar la frecuencia, ¿qué va ocurriendo con el sonido?

~ 203~

1. En la siguiente tabla, utilizando el botón para alcanzar las notas musicales, describe cualitativamente como es cada nota musical.

Frecuencia (Hz) Descripción

Do

Re

Mi

Fa

Sol

La

Si

1. ¿Qué relación podrías establecer entre sonidos más graves y más agudos?

2. Considerando que el volumen del aparato (su intensidad sonora), se mantuvo constante, ¿Qué ocurrió con la frecuencia al girar el potenciómetro?

~ 204~

3. Si variáramos también el volumen, ¿crees que afectaría en lo agudo o grave que suena el aparato?

En el recuadro que sigue a continuación, escribe las definiciones que se construyeron junto a tu profesor/a.

~ 205~

1. ¿Cuál crees tú que puede ser la frecuencia más útil para poder utilizarla en

un reloj despertador?

2. ¿Qué frecuencias son las que emite el parlante de los bajos, dentro de un subwoofer?

~ 206~

Guía 9 Un estruendo en el Silencio

Indicaciones al docente Resumen

En esta guía, al igual que la anterior, la utilización de los oídos de los y las estudiantes, es la pieza fundamental de la actividad. Pero a diferencia de la experiencia anterior, en este caso no veremos lo que ocurre con la frecuencia, sino con la intensidad de la señal sonora, en otras palabras, con la amplitud de las ondas. Esta guía trata de mejorar el concepto de “fuerte” o “débil” de un sonido, asociándolo a la intensidad que este posee, lo que corresponde a un concepto más acertado de lo que ocurre realmente desde el punto de vista científico.

Por otro lado, es muy importante visualizar los contenidos y objetivos que se abordarán en el desarrollo de la experiencia práctica. El cuadro que sigue a continuación, describe los contenidos que se abordarán los OFT69, los OFV70, las HPC71 y los objetivos propios de la actividad experimental:

Nivel NM1

Contenidos Descripción de las características básicas del Sonido (altura, intensidad y timbre)

OFT72 - Interés por conocer la realidad y utilizar el conocimiento

- Comprender y valorar la perseverancia, el rigor y el cumplimiento, la flexibilidad y la originalidad

OFV - Organizar e interpretar datos, y formular explicaciones, apoyándose en las teorías y conceptos científicos en estudio.

- Comprender la importancia de las teorías e hipótesis de investigación científica y distinguir entre unas y otras.

HPC73 - Identificación de problemas, hipótesis, procedimientos experimentales, inferencias y conclusiones, en investigaciones científicas clásicas o contemporáneas.

- Procesamiento e interpretación de datos, formulación de explicaciones, apoyándose en los conceptos y modelos teóricos del nivel.

Objetivos - Diferenciar distintas amplitudes de onda (volumen)

69

Objetivo Fundamental Transversal 70

Objetivo Fundamental Vertical 71

Habilidades de Pensamiento Científico 72

Tomados directamente del Marco Curricular del año 2009 73

Habilidades de Pensamiento Científico

~ 207~

Horas pedagógicas

Una hora pedagógica

Modo de trabajo

Grupal (4 – 6 integrantes por grupo)

Indicaciones especificas al docente para la actividad Para trabajar con esta guía, lo ideal es que las y los estudiantes,

previamente hayan desarrollado la guía 8, donde el objetivo era diferenciar entre sonidos graves y agudos.

En esta oportunidad, el trabajo se basa en la diferencia entre un sonido más intenso que otro, lo que puede ser apreciado comúnmente en nuestra sociedad, personas gritando, contaminación acústica, y escasamente durante la noche, un silencio, donde el más mínimo sonido, puede llegar a parecer un gran estruendo.

Durante la focalización, el o la docente puede agregar más ejemplos en que se considere, que un sonido es “débil” o “fuerte”, donde sólo las y los estudiantes puedan dar este veredicto.

Para la exploración, en caso de poseer unos parlantes con regulación de sonido, estos vienen por lo general con un amplificador de señal, por lo que es posible mostrar de mejor manera, lo intenso que puede llegar a ser un sonido. Pero se debe tener mucho cuidado, ya que una señal de sonido muy intensa puede dañar tanto los oídos como los parlantes que la emiten.

De ser necesario, para el contraste puede ser conveniente exponer ante las y los estudiantes, nuevamente los sonidos, para así reafirmar o refutar sus conclusiones.

Con respecto a la primera pregunta, se puede introducir a las y los estudiantes en el caso de que deseen dormir en una habitación silenciosa, y como lograrían obtener el mayor silencio posible en un entorno ruido, de esta manera, la idea es que logren comprender que la intensidad es lo que se requiere reducir para no percibir ruidos molestos. Mientras que la última de ellas, solo se refiere a que por lo general, los sonidos están compuestos de muchas ondas sonoras más simples.

~ 208~

Guía para el estudiante

Nombre:____________________________________Curso:________Fecha:______

Existen diferentes tipos de sonidos, y por lo general hay algunos ruidos que nos molestan más que otros, y mucho más si su intensidad es mayor. Aun así, existen diferentes piezas musicales, que no podemos dejar de escuchar muy fuerte, y pareciera que se acentúan las melodías de esta forma. Pero esta última acción, el hacer que un sonido sea más estridente, ¿afectará de alguna manera, la estructura que posee la melodía que escuchamos?

¿Has escuchado alguna vez de sonidos fuertes o débiles?, ¿Qué fenómeno podría relacionarse con los conceptos anteriormente mencionados?

Un estruendo en el silencio

~ 209~

Es posible notar que en un concierto, hay que hablar muy fuerte para poder escuchar a tu acompañante, ¿a qué crees que se deba esto?

Como en el experimento relacionado con el tono de un sonido, el montaje experimental necesario en esta actividad, es simplemente el emisor de frecuencias y tus propios oídos.

1. El buzzer posee un potenciómetro que hace variar el voltaje con el cual funciona, por lo que si fijas alguna frecuencia que te resulte cómoda, y comienzas a girar el potenciómetro mediante el cual funciona el buzzer, ¿qué es lo que sucede con el sonido?, describe en el siguiente cuadro lo escuchado.

~ 210~

2. Realiza el mismo proceso anterior fijando distintas frecuencias, a lo menos tres, y vuelve a girar él potenciómetro. Describe lo sucedido para cada frecuencia.

Al momento de variar el potenciómetro de los buzzer, ¿cambio el tipo de sonido?, ¿se volvió quizá más agudo, más grave o se mantuvo igual?

1

2

3

~ 211~

¿Qué pudo haber cambiado en el sonido si no fue su frecuencia?, y ¿Por qué?

En el recuadro que sigue a continuación, escribe las definiciones que se construyeron junto a tu profesor/a.

~ 212~

Existe un concepto llamado “nivel de intensidad sonora” (NIS), que posee

ciertos parámetros, dentro de los cuales los seres humanos podemos soportar diferentes sonidos, sin sufrir daños auditivos. Si tuviésemos un sonido, al cual le aumentásemos demasiado su intensidad, este podría causar grandes daños en nuestros oídos.

Considerando que existen diferentes intensidades sonoras, y que el oído humano posee un límite auditivo tanto para intensidades muy altas, que pueden dañar nuestros oídos, como también muy bajas, que llegan a pasar desapercibidas, puede ser muy útil el poder disminuir la intensidad, para tener un ambiente más silencioso y así poder dormir cómodamente en un entorno bullicioso.

Si se quiere aislar acústicamente una habitación, entonces ¿qué debemos intentar de disminuir? (aislación acústica = eliminación de sonidos externos)

~ 213~

¿Qué sensación tienes, al momento de escuchar distintas frecuencias de sonido, a altos niveles de volumen?, ¿podrías diferenciar ahora, entre sonidos de alta intensidad y baja intensidad?

Al tener un sonido compuesto, como una canción, ¿Qué cambio sufrirá en su estructura, al aumentar su intensidad?

~ 214~

Guías propuestas para el uso del LED RGB

La guía que se presentan a continuación, tienen como finalidad, abordar ciertos contenidos claves de la educación media, mediante el uso de un LED RGB. Lo principal de esta propuesta de actividades, es que sin el uso de dicho dispositivo, no se podrían observar ciertos fenómenos físicos de manera clara y concreta.

En esta sección, se encuentra la guía propuesta para aplicar con las y los estudiantes, siendo una orientación de cómo pueden ser las diferentes actividades que la o el docente pueda implementar en el aula, el LED RGB; invitando así a las y los docentes a elaborar sus propias secuencias de actividades. LED RGB (Tricolor: Rojo – Azul – Verde) Indicaciones Generales para la o el docente respecto al montaje experimental de la placa Arduino con el LED RGB:

El dispositivo con el LED RGB (también llamado en este documento como LED de Newton), es un montaje electrónico sencillo y similar al generador de frecuencias, ya que sólo consiste en la conexión de un LED de tres colores, directamente a puertos del Arduino (con resistencias internas), mientras que además se usa un potenciómetro, que regula la frecuencia con que parpadea cada color alternadamente, y un pulsador (botón), que genera las interrupciones necesarias para pasar de exponer colores rojo, azul y verde, a presentar los colores cian, magenta y amarillo. Estos últimos colores, corresponden a las combinaciones entre los tres anteriores, como se ve en el la imagen a continuación:

Rojo + Azul = Magenta

Verde + Rojo = Amarillo

Azul + Verde = Cian

Ilustración 23: Representación de la adición óptica de la luz

Lo principal de este montaje, es poder representar de mejor manera, el disco creado por Newton para explicar que la adición óptica de los colores, formaba el color blanco; pero esta vez, trabajando de forma explícita con luz, no como en el caso del disco, donde cuesta un poco imaginar que es luz lo que estamos apreciando.

~ 215~

Guía 10: “Combinando diferentes colores”

Indicaciones al docente Resumen

En esta guía, se trabaja netamente con la luz que emite el LED de tres colores, de tal forma que al alternarlos a diferentes velocidades, se puede llegar a un punto en el que estos se combinan (el ojo no logra detectar el parpadeo) y el cerebro interpreta como un solo haz luminoso que posee en si los 3 colores, por lo que se logra observar el color blanco.

Utilizando el potenciómetro del dispositivo, se debe cambiar poco a poco la frecuencia de parpadeo, y mediante las instrucciones de la guía, es posible apreciar como un pequeño giro, puede ser el cambio entre el parpadeo de los colores y un color blanco constante.

A pesar de ser un trabajo experimental, es necesario indagar en la forma del programa, ya que así se pueden ver explícitamente los comandos que regulan sólo el parpadeo de los LED, y en ningún instante se mantienen los tres colores encendidos a la vez.

Por otro lado, es muy importante visualizar los contenidos y objetivos que se abordarán en el desarrollo de la experiencia práctica. El cuadro que sigue a continuación, describe los contenidos que se abordarán los OFT74, los OFV75, las HPC76 y los objetivos propios de la actividad experimental:

Nivel NM1

Contenidos El color

OFT77 - Interés por conocer la realidad y utilizar el conocimiento

- Comprender y valorar la perseverancia, el rigor y el cumplimiento, la flexibilidad y la originalidad

OFV - Organizar e interpretar datos, y formular explicaciones, apoyándose en las teorías y conceptos científicos en estudio.

- Comprender la importancia de las teorías e hipótesis de investigación científica y distinguir entre unas y otras.

HPC78 - Identificación de problemas, hipótesis, procedimientos experimentales, inferencias y conclusiones, en investigaciones científicas clásicas o contemporáneas.

74

Objetivo Fundamental Transversal 75

Objetivo Fundamental Vertical 76

Habilidades de Pensamiento Científico 77

Tomados directamente del Marco Curricular del año 2009 78

Habilidades de Pensamiento Científico

~ 216~

- Procesamiento e interpretación de datos, formulación de explicaciones, apoyándose en los conceptos y modelos teóricos del nivel.

Objetivos - Observar la combinación óptica de los colores para obtener luz blanca.

- Analizar la programación del dispositivo para extraer conclusiones respecto al experimento.

Horas pedagógicas

Dos horas pedagógicas

Modo de trabajo

Grupal (4 – 6 integrantes por grupo)

Indicaciones al docente específicas para la actividad

Durante la focalización, la segunda pregunta puede ser realizada o solo imaginada por los y las estudiantes, no es obligatorio trabajar con las temperas, ya que probablemente ya se hayan percatado alguna vez de esta situación, que ocurre al mezclar diferentes pigmentos.

En la exploración, resulta necesario que los estudiantes observen el programa que se utiliza para trabajar con Arduino, y ojalá el o la docente lo programe frente a ellos, para que puedan apreciar de esa manera, que no hay trampas en el experimento, y realmente el LED está parpadeando tan rápido, que no es posible diferenciar los diferentes colores que se alternan.

Al trabajar en la pregunta nº 8 de la exploración, es muy probable que las y los estudiantes, no reconozcan los colores utilizados. En ese caso, se recomienda al docente utilizar la alternación de colores rojo, azul y verde, pero desconectando alguno de ellos; de esa manera, el color formado al aumentar la frecuencia con el potenciómetro, corresponde a la mezcla entre los dos restantes (Ver ilustración 23).

Al trabajar en el contraste, hay una comparación entre el arte y la óptica (física), donde hay que tener mucho cuidado en que las y los estudiantes, comprendan que ambos campos de estudio están en lo correcto, y que la diferencia radica en el punto de vista que se esté adoptando a la hora de trabajar. Si se desea, se puede explicar el fenómeno de la mezcla de colores “Aditiva” y “Sustractiva”.

Para finalizar, los y las estudiantes deben deducir que el disco de newton presenta el color blanco, ya que al girarlo rápidamente, la luz reflejada del disco llega a nuestros ojos de forma intercalada, ya que cada color cambia su posición constantemente al girar.

~ 217~

Guía para el estudiante

Nombre: ____________________________________Curso: ______ Fecha:______

Al trabajar en clases de artes, siempre hemos sabido que los colores básicos son el “rojo, azul y amarillo”, pero también por clases de física, sabemos que la combinación de los colores debería ser un color blanco. Más de alguna vez hemos escuchado esto último de alguien más, pero ¿efectivamente es así?, ¿realmente al mezclar los colores obtenemos blanco?

Al observar la luz durante un día soleado, notaras que el sol emite luz blanca, por más que uno intente encontrar algún color, no posee ninguno específico, es solo blanca. Pero al momento de tener una lluvia, pueden producirse arcoíris con estos rayos de luz. ¿Qué colores has contemplado en el arcoíris?, Dibuja una representación, recordando el orden de los colores.

Combinando diferentes colores

~ 218~

Materiales previos:

- Tres temperas de colores, ojala rojo, azul y amarillo.

Como primer paso necesitaras 3 temperas de colores, tanto roja, azul y amarilla, y sobre algún papel, mezclar una pequeñísima porción de cada color, en iguales cantidades. ¿Qué ocurre con el color de la mezcla?

Si no obtuviste el color blanco, entonces ¿cómo crees que se produce?

Materiales

- Dispositivo LED RGB o “LED de Newton” - Computador con el software de programación de Arduino

Procedimiento experimental

1. Antes de encender el dispositivo, asegúrate de tener el potenciómetro en su máxima posición o en su mínima posición.

~ 219~

2. Luego, enciéndelo y comienza a observar. Gira poco a poco el

potenciómetro y observa lo que ocurre.

3. Ya encendido y observando lo que ocurre, lleva el potenciómetro hasta el punto en que la luz parpadee muy lentamente.

4. Comienza a girar el potenciómetro lentamente, ¿Qué ocurre con los

colores?

5. Considerando que al girarlo, van cambiando cada vez más rápido, ¿Qué ocurre cuando es tan rápido que el parpadeo no se logra percibir?

~ 220~

6. A continuación, observa la siguiente secuencia de comandos, correspondientes al programa de este dispositivo. (Puedes observarlo en este recuadro, o en el computador con que se programó el aparato).

if(experiment == HIGH){ // experimento con colores intercalados digitalWrite(rojo,HIGH); //Enciende led rojo digitalWrite(azul,LOW); //Apaga led azul digitalWrite(verde,LOW); //Apaga led verde delay(val2); //entrega un retraso de "val2" milisegundos para formar la frecuencia

digitalWrite(rojo,LOW); //Apaga led rojo digitalWrite(azul,HIGH); //Enciende led azul digitalWrite(verde,LOW); //Apaga led verde delay(val2); //entrega un retraso de "val2" milisegundos digitalWrite(rojo,LOW); //Apaga led rojo digitalWrite(azul,LOW); //Apaga led azul digitalWrite(verde,HIGH); //Enciende led verde delay(val2); //entrega un retraso de "val2" milisegundos }

¿Qué puedes deducir de su programación, con respecto al LED multicolor?

~ 221~

7. A continuación, con el dispositivo con parpadeo lento, observando los colores, presiona ese botón que has visto en el montaje, pero que aún parecía innecesario. ¿Qué ocurre con el LED?

8. ¿Has visto anteriormente estos colores en algún lugar?

9. Al realizar el mismo proceso que en el caso anterior, ¿Qué ocurre con los

colores?

~ 222~

Al trabajar en arte, es muy diferente a lo que podemos hacer en óptica (física), ya que los elementos con que se trabaja son diferentes.

A pesar de no formar el color blanco, en el arte los colores básicos serán siempre los mismos. De todas maneras, completa la siguiente tabla.

Colores básicos en arte Colores básicos óptica

Al combinarlos con pintura,

¿Forman el color blanco?

Al combinarlos como luces, ¿Forman el

color blanco?

Si volviésemos a recombinar los colores del arcoíris, ¿cómo será la luz que llegará a nuestros ojos?

Compara tu respuesta con lo que planteaste en la etapa de focalización

~ 223~

En el recuadro que sigue a continuación, escribe las definiciones que se construyeron junto a tu profesor/a.

Probablemente hayas escuchado hablar del “disco de Newton”, que produce el mismo efecto. ¿Por qué en el disco de Newton, al hacerlo girar muy rápido, es posible apreciar el blanco?

Si trabajáramos con linternas de colores (o láseres) en vez de un sólo LED tricolor, ¿sería posible lograr el mismo efecto?

~ 224~

ANEXO 10: Opinión de las guías de trabajo Guía 1: Se enfría antes ¿la cuchara o el café?

Indicadores 1 2 3 4 5 NO

Pertinencia en la Guía

Las etapas son capaces de lograr las habilidades propuestas

X

No se muestran actividades innecesarias X

Se hace uso correcto de las TIC X

Se incluyen adecuadamente las ecuaciones acorde al tema

X

Se incluyen las fórmulas acorde al nivel X

Factibilidad

Los materiales propuestos son accesibles X

Existen espacios adecuados para el desarrollo de la guía X

El tiempo propuesto para realizar la guía es el apropiado X

La guía se puede abordar como actividades complementarias de los contenidos propuestos

X

Claridad

Las instrucciones y procedimientos propuestos en la guía, son claros y precisos

X

Se hace buen uso de vocabulario científico X

Las preguntas de evaluación propuestas son exhaustivas y excluyentes

X

Las imágenes propuestas son claras y apropiadas X

Respecto a la Secuencia ECBI

Focalización

Las actividades de focalización centran la atención de la o el estudiante en la temática a investigar o tratar.

X

Las actividades de focalización recogen las ideas previas de las y los estudiantes

X

La actividad de focalización plantea una situación problemática contextualizada

X

La actividad propuesta incentiva el debate grupal y de ideas, que luego comparten con el curso.

X

La situación – problema presentado es coherente con los objetivos de aprendizajes y actividades planificadas.

X

Las actividades posibilitan que las y los estudiantes problematicen los contenidos a tratar, para motivar el trabajo posterior.

X

~ 225~

Exploración

Las preguntas planteadas ponen a prueba las ideas previas de las y los estudiantes, de manera de utilizar el desajuste cognitivo para generar el conocimiento.

X

Las actividades diseñadas son coherentes y concordantes con los objetivos de aprendizaje.

X

El diseño de las actividades considera la puesta a prueba de las ideas previas de las y los estudiantes, de manera que genera un desequilibrio en su estructura de pensamiento, que permita la reestructuración de su conocimiento y la introducción de un nuevo conocimiento.

X

Considera la actividad, la disponibilidad de materiales para su ejecución.

X

Contraste

Se da la instancia para el análisis grupal de los resultados obtenidos

X

La actividad propuesta permite la puesta en común de los resultados y análisis a nivel curso.

X

La actividad propuesta permite introducir definiciones y/o nuevo conocimiento por parte de la o el docente.

X

La guía permite que las definiciones y nuevo conocimiento introducido, se vinculen con la experiencia realizada.

X

Aplicación

La guía presenta actividades que permitan transferir el nuevo conocimiento adquirido, a situaciones problemáticas cotidianas, pero diferentes a los investigados.

X

La guía presenta preguntas que permitan a resolución de problemas vinculados con la temática.

X

Las actividades planteadas hacen acento en el análisis de fenómenos, subordinando el cálculo solo como una herramienta de análisis.

X

Observaciones Generales:La guía está muy bien planteada, y está acorde a la temática y objetivos del nivel. Teniendo los materiales necesarios, no existe problema al llevar a cabo la experiencia.

Nombre del evaluador: Laura Carolina Burgos Burgos

Institución: Escuela Agroecológica de Pirque – Fundación Origen

Fecha: 13 de Septiembre de 2013

~ 226~

Guía 2: Conducción de calor en recipientes por contacto

Indicadores 1 2 3 4 5 NO

Pertinencia en la Guía

Las etapas son capaces de lograr las habilidades propuestas

X

No se muestran actividades innecesarias X

Se hace uso correcto de las TIC X

Se incluyen adecuadamente las ecuaciones acorde al tema

X

Se incluyen las fórmulas acorde al nivel X

Factibilidad

Los materiales propuestos son accesibles X

Existen espacios adecuados para el desarrollo de la guía X

El tiempo propuesto para realizar la guía es el apropiado X

La guía se puede abordar como actividades complementarias de los contenidos propuestos

X

Claridad

Las instrucciones y procedimientos propuestos en la guía, son claros y precisos

X

Se hace buen uso de vocabulario científico X

Las preguntas de evaluación propuestas son exhaustivas y excluyentes

X

Las imágenes propuestas son claras y apropiadas X

Respecto a la Secuencia ECBI

Focalización

Las actividades de focalización centran la atención de la o el estudiante en la temática a investigar o tratar.

X

Las actividades de focalización recogen las ideas previas de las y los estudiantes

X

La actividad de focalización plantea una situación problemática contextualizada

X

La actividad propuesta incentiva el debate grupal y de ideas, que luego comparten con el curso.

X

La situación – problema presentado es coherente con los objetivos de aprendizajes y actividades planificadas

X

Las actividades posibilitan que las y los estudiantes problematicen los contenidos a tratar, para motivar el trabajo posterior.

X

~ 227~

Exploración

Las preguntas planteadas ponen a prueba las ideas previas de las y los estudiantes, de manera de utilizar el desajuste cognitivo para generar el conocimiento.

X

Las actividades diseñadas son coherentes y concordantes con los objetivos de aprendizaje.

X

El diseño de las actividades considera la puesta a prueba de las ideas previas de las y los estudiantes, de manera que genera un desequilibrio en su estructura de pensamiento, que permita la reestructuración de su conocimiento y la introducción de un nuevo conocimiento.

X

Considera la actividad, la disponibilidad de materiales para su ejecución.

X

Contraste

Se da la instancia para el análisis grupal de los resultados obtenidos

X

La actividad propuesta permite la puesta en común de los resultados y análisis a nivel curso.

X

La actividad propuesta permite introducir definiciones y/o nuevo conocimiento por parte de la o el docente.

X

La guía permite que las definiciones y nuevo conocimiento introducido, se vinculen con la experiencia realizada.

X

Aplicación

La guía presenta actividades que permitan transferir el nuevo conocimiento adquirido, a situaciones problemáticas cotidianas, pero diferentes a los investigados.

X

La guía presenta preguntas que permitan a resolución de problemas vinculados con la temática.

X

Las actividades planteadas hacen acento en el análisis de fenómenos, subordinando el cálculo solo como una herramienta de análisis.

X

Observaciones Generales:

La guía plantea muy clara la problemática y está acorde a la temática y los objetivos correspondientes al nivel

Nombre del evaluador: Laura Carolina Burgos Burgos

Institución: Escuela Agroecológica de Pirque – Fundación Origen

Fecha: 13 de Septiembre de 2013

~ 228~

Guía 3: A la sombra y al Sol, igual siento calor

Indicadores 1 2 3 4 5 NO

Pertinencia en la Guía

Las etapas son capaces de lograr las habilidades propuestas

X

No se muestran actividades innecesarias X

Se hace uso correcto de las TIC X

Se incluyen adecuadamente las ecuaciones acorde al tema

X

Se incluyen las fórmulas acorde al nivel X

Factibilidad

Los materiales propuestos son accesibles x

Existen espacios adecuados para el desarrollo de la guía X

El tiempo propuesto para realizar la guía es el apropiado X

La guía se puede abordar como actividades complementarias de los contenidos propuestos

X

Claridad

Las instrucciones y procedimientos propuestos en la guía, son claros y precisos

X

Se hace buen uso de vocabulario científico X

Las preguntas de evaluación propuestas son exhaustivas y excluyentes

X

Las imágenes propuestas son claras y apropiadas X

Respecto a la Secuencia ECBI

Focalización

Las actividades de focalización centran la atención de la o el estudiante en la temática a investigar o tratar.

X

Las actividades de focalización recogen las ideas previas de las y los estudiantes

X

La actividad de focalización plantea una situación problemática contextualizada

X

La actividad propuesta incentiva el debate grupal y de ideas, que luego comparten con el curso.

X

La situación – problema presentado es coherente con los objetivos de aprendizajes y actividades planificadas.

X

Las actividades posibilitan que las y los estudiantes problematicen los contenidos a tratar, para motivar el trabajo posterior.

X

~ 229~

Exploración

Las preguntas planteadas ponen a prueba las ideas previas de las y los estudiantes, de manera de utilizar el desajuste cognitivo para generar el conocimiento.

X

Las actividades diseñadas son coherentes y concordantes con los objetivos de aprendizaje.

X

El diseño de las actividades considera la puesta a prueba de las ideas previas de las y los estudiantes, de manera que genera un desequilibrio en su estructura de pensamiento, que permita la reestructuración de su conocimiento y la introducción de un nuevo conocimiento.

X

Considera la actividad, la disponibilidad de materiales para su ejecución.

X

Contraste

Se da la instancia para el análisis grupal de los resultados obtenidos

X

La actividad propuesta permite la puesta en común de los resultados y análisis a nivel curso.

X

La actividad propuesta permite introducir definiciones y/o nuevo conocimiento por parte de la o el docente.

X

La guía permite que las definiciones y nuevo conocimiento introducido, se vinculen con la experiencia realizada.

X

Aplicación

La guía presenta actividades que permitan transferir el nuevo conocimiento adquirido, a situaciones problemáticas cotidianas, pero diferentes a los investigados.

X

La guía presenta preguntas que permitan a resolución de problemas vinculados con la temática.

X

Las actividades planteadas hacen acento en el análisis de fenómenos, subordinando el cálculo solo como una herramienta de análisis.

X

Observaciones Generales:

Sin observaciones Generales

Nombre del evaluador: David Martin Sotomayor

Institución: Colegio Cardenal Raúl Silva Henríquez – Fundación Belén Educa

Fecha: 13 de Septiembre de 2013

~ 230~

Guía 4: ¿Movimiento y Temperatura?

Indicadores 1 2 3 4 5 NO

Pertinencia en la Guía

Las etapas son capaces de lograr las habilidades propuestas

X

No se muestran actividades innecesarias X

Se hace uso correcto de las TIC X

Se incluyen adecuadamente las ecuaciones acorde al tema

X

Se incluyen las fórmulas acorde al nivel x

Factibilidad

Los materiales propuestos son accesibles X

Existen espacios adecuados para el desarrollo de la guía X

El tiempo propuesto para realizar la guía es el apropiado X

La guía se puede abordar como actividades complementarias de los contenidos propuestos

X

Claridad

Las instrucciones y procedimientos propuestos en la guía, son claros y precisos

X

Se hace buen uso de vocabulario científico X

Las preguntas de evaluación propuestas son exhaustivas y excluyentes

X

Las imágenes propuestas son claras y apropiadas

X

Respecto a la Secuencia ECBI

Focalización

Las actividades de focalización centran la atención de la o el estudiante en la temática a investigar o tratar.

X

Las actividades de focalización recogen las ideas previas de las y los estudiantes

X

La actividad de focalización plantea una situación problemática contextualizada

X

La actividad propuesta incentiva el debate grupal y de ideas, que luego comparten con el curso.

X

La situación – problema presentado es coherente con los objetivos de aprendizajes y actividades planificadas.

X

Las actividades posibilitan que las y los estudiantes problematicen los contenidos a tratar, para motivar el trabajo posterior.

X

~ 231~

Exploración

Las preguntas planteadas ponen a prueba las ideas previas de las y los estudiantes, de manera de utilizar el desajuste cognitivo para generar el conocimiento.

X

Las actividades diseñadas son coherentes y concordantes con los objetivos de aprendizaje.

X

El diseño de las actividades considera la puesta a prueba de las ideas previas de las y los estudiantes, de manera que genera un desequilibrio en su estructura de pensamiento, que permita la reestructuración de su conocimiento y la introducción de un nuevo conocimiento.

X

Considera la actividad, la disponibilidad de materiales para su ejecución.

X

Contraste

Se da la instancia para el análisis grupal de los resultados obtenidos

X

La actividad propuesta permite la puesta en común de los resultados y análisis a nivel curso.

X

La actividad propuesta permite introducir definiciones y/o nuevo conocimiento por parte de la o el docente.

X

La guía permite que las definiciones y nuevo conocimiento introducido, se vinculen con la experiencia realizada.

X

Aplicación

La guía presenta actividades que permitan transferir el nuevo conocimiento adquirido, a situaciones problemáticas cotidianas, pero diferentes a los investigados.

X

La guía presenta preguntas que permitan a resolución de problemas vinculados con la temática.

X

Las actividades planteadas hacen acento en el análisis de fenómenos, subordinando el cálculo solo como una herramienta de análisis.

X

Observaciones Generales:

Sin observaciones Generales

Nombre del evaluador: Enzo Moglia Fernández

Institución: Instituto Femenino Superior de Comercio – Eliodoro Domínguez Domínguez

Fecha: 13 de Septiembre de 2013

~ 232~

Guía 5: Evaporación de líquidos ¿Proceso de calefacción o enfriamiento?

Indicadores 1 2 3 4 5 NO

Pertinencia en la Guía

Las etapas son capaces de lograr las habilidades propuestas

X

No se muestran actividades innecesarias X

Se hace uso correcto de las TIC X

Se incluyen adecuadamente las ecuaciones acorde al tema

X

Se incluyen las fórmulas acorde al nivel X

Factibilidad

Los materiales propuestos son accesibles X

Existen espacios adecuados para el desarrollo de la guía X

El tiempo propuesto para realizar la guía es el apropiado X

La guía se puede abordar como actividades complementarias de los contenidos propuestos

X

Claridad

Las instrucciones y procedimientos propuestos en la guía, son claros y precisos

X

Se hace buen uso de vocabulario científico X

Las preguntas de evaluación propuestas son exhaustivas y excluyentes

X

Las imágenes propuestas son claras y apropiadas X

Respecto a la Secuencia ECBI

Focalización

Las actividades de focalización centran la atención de la o el estudiante en la temática a investigar o tratar.

X

Las actividades de focalización recogen las ideas previas de las y los estudiantes

X

La actividad de focalización plantea una situación problemática contextualizada

X

La actividad propuesta incentiva el debate grupal y de ideas, que luego comparten con el curso.

X

La situación – problema presentado es coherente con los objetivos de aprendizajes y actividades planificadas.

X

Las actividades posibilitan que las y los estudiantes problematicen los contenidos a tratar, para motivar el trabajo posterior.

X

~ 233~

Exploración

Las preguntas planteadas ponen a prueba las ideas previas de las y los estudiantes, de manera de utilizar el desajuste cognitivo para generar el conocimiento.

X

Las actividades diseñadas son coherentes y concordantes con los objetivos de aprendizaje.

X

El diseño de las actividades considera la puesta a prueba de las ideas previas de las y los estudiantes, de manera que genera un desequilibrio en su estructura de pensamiento, que permita la reestructuración de su conocimiento y la introducción de un nuevo conocimiento.

X

Considera la actividad, la disponibilidad de materiales para su ejecución.

X

Contraste

Se da la instancia para el análisis grupal de los resultados obtenidos

X

La actividad propuesta permite la puesta en común de los resultados y análisis a nivel curso.

X

La actividad propuesta permite introducir definiciones y/o nuevo conocimiento por parte de la o el docente.

X

La guía permite que las definiciones y nuevo conocimiento introducido, se vinculen con la experiencia realizada.

X

Aplicación

La guía presenta actividades que permitan transferir el nuevo conocimiento adquirido, a situaciones problemáticas cotidianas, pero diferentes a los investigados.

X

La guía presenta preguntas que permitan a resolución de problemas vinculados con la temática.

X

Las actividades planteadas hacen acento en el análisis de fenómenos, subordinando el cálculo solo como una herramienta de análisis.

X

Observaciones Generales:

Sin observaciones Generales

Nombre del evaluador: Enzo Moglia Fernández

Institución: Instituto Femenino Superior de Comercio – Eliodoro Domínguez Domínguez

Fecha: 13 de Septiembre de 2013

~ 234~

Guía 6: Principio de Arquímedes

Indicadores 1 2 3 4 5 NO

Pertinencia en la Guía

Las etapas son capaces de lograr las habilidades propuestas

X

No se muestran actividades innecesarias X

Se hace uso correcto de las TIC X

Se incluyen adecuadamente las ecuaciones acorde al tema

X

Se incluyen las fórmulas acorde al nivel x

Factibilidad

Los materiales propuestos son accesibles x

Existen espacios adecuados para el desarrollo de la guía X

El tiempo propuesto para realizar la guía es el apropiado X

La guía se puede abordar como actividades complementarias de los contenidos propuestos

X

Claridad

Las instrucciones y procedimientos propuestos en la guía, son claros y precisos

X

Se hace buen uso de vocabulario científico X

Las preguntas de evaluación propuestas son exhaustivas y excluyentes

X

Las imágenes propuestas son claras y apropiadas X

Respecto a la Secuencia ECBI

Focalización

Las actividades de focalización centran la atención de la o el estudiante en la temática a investigar o tratar.

X

Las actividades de focalización recogen las ideas previas de las y los estudiantes

X

La actividad de focalización plantea una situación problemática contextualizada

X

La actividad propuesta incentiva el debate grupal y de ideas, que luego comparten con el curso.

X

La situación – problema presentado es coherente con los objetivos de aprendizajes y actividades planificadas.

X

Las actividades posibilitan que las y los estudiantes problematicen los contenidos a tratar, para motivar el trabajo posterior.

X

Exploración

Las preguntas planteadas ponen a prueba las ideas previas de las y los estudiantes, de manera de utilizar el desajuste cognitivo para generar el conocimiento.

X

~ 235~

Las actividades diseñadas son coherentes y concordantes con los objetivos de aprendizaje.

X

El diseño de las actividades considera la puesta a prueba de las ideas previas de las y los estudiantes, de manera que genera un desequilibrio en su estructura de pensamiento, que permita la reestructuración de su conocimiento y la introducción de un nuevo conocimiento.

X

Considera la actividad, la disponibilidad de materiales para su ejecución.

X

Contraste

Se da la instancia para el análisis grupal de los resultados obtenidos

X

La actividad propuesta permite la puesta en común de los resultados y análisis a nivel curso.

X

La actividad propuesta permite introducir definiciones y/o nuevo conocimiento por parte de la o el docente.

X

La guía permite que las definiciones y nuevo conocimiento introducido, se vinculen con la experiencia realizada.

X

Aplicación

La guía presenta actividades que permitan transferir el nuevo conocimiento adquirido, a situaciones problemáticas cotidianas, pero diferentes a los investigados.

X

La guía presenta preguntas que permitan a resolución de problemas vinculados con la temática.

X

Las actividades planteadas hacen acento en el análisis de fenómenos, subordinando el cálculo solo como una herramienta de análisis.

X

Observaciones Generales:

Sin observaciones Generales

Nombre del evaluador: Diego Leonardo Ibarra Latorre

Institución: Editorial Santillana S.A.

Fecha: 16 de Septiembre de 2013

~ 236~

Guía 7: Torque en un pivote

Indicadores 1 2 3 4 5 NO

Pertinencia en la Guía

Las etapas son capaces de lograr las habilidades propuestas

X

No se muestran actividades innecesarias X

Se hace uso correcto de las TIC X

Se incluyen adecuadamente las ecuaciones acorde al tema

X

Se incluyen las fórmulas acorde al nivel X

Factibilidad

Los materiales propuestos son accesibles X

Existen espacios adecuados para el desarrollo de la guía X

El tiempo propuesto para realizar la guía es el apropiado X

La guía se puede abordar como actividades complementarias de los contenidos propuestos

X

Claridad

Las instrucciones y procedimientos propuestos en la guía, son claros y precisos

X

Se hace buen uso de vocabulario científico X

Las preguntas de evaluación propuestas son exhaustivas y excluyentes

X

Las imágenes propuestas son claras y apropiadas X

Respecto a la Secuencia ECBI

Focalización

Las actividades de focalización centran la atención de la o el estudiante en la temática a investigar o tratar.

X

Las actividades de focalización recogen las ideas previas de las y los estudiantes

X

La actividad de focalización plantea una situación problemática contextualizada

X

La actividad propuesta incentiva el debate grupal y de ideas, que luego comparten con el curso.

X

La situación – problema presentado es coherente con los objetivos de aprendizajes y actividades planificadas.

X

Las actividades posibilitan que las y los estudiantes problematicen los contenidos a tratar, para motivar el trabajo posterior.

X

~ 237~

Exploración

Las preguntas planteadas ponen a prueba las ideas previas de las y los estudiantes, de manera de utilizar el desajuste cognitivo para generar el conocimiento.

X

Las actividades diseñadas son coherentes y concordantes con los objetivos de aprendizaje.

X

El diseño de las actividades considera la puesta a prueba de las ideas previas de las y los estudiantes, de manera que genera un desequilibrio en su estructura de pensamiento, que permita la reestructuración de su conocimiento y la introducción de un nuevo conocimiento.

X

Considera la actividad, la disponibilidad de materiales para su ejecución.

X

Contraste

Se da la instancia para el análisis grupal de los resultados obtenidos

X

La actividad propuesta permite la puesta en común de los resultados y análisis a nivel curso.

X

La actividad propuesta permite introducir definiciones y/o nuevo conocimiento por parte de la o el docente.

X

La guía permite que las definiciones y nuevo conocimiento introducido, se vinculen con la experiencia realizada.

X

Aplicación

La guía presenta actividades que permitan transferir el nuevo conocimiento adquirido, a situaciones problemáticas cotidianas, pero diferentes a los investigados.

X

La guía presenta preguntas que permitan a resolución de problemas vinculados con la temática.

X

Las actividades planteadas hacen acento en el análisis de fenómenos, subordinando el cálculo solo como una herramienta de análisis.

X

Observaciones Generales:

Sin observaciones Generales

Nombre del evaluador: Diego L. Ibarra Latorre

Institución: Editorial Santillana S.A.

Fecha: 16 de Septiembre de 2013

~ 238~

Guía 8: El sonido es un tema muy grave y agudo

Indicadores 1 2 3 4 5 NO

Pertinencia en la Guía

Las etapas son capaces de lograr las habilidades propuestas

x

No se muestran actividades innecesarias x

Se hace uso correcto de las TIC x

Se incluyen adecuadamente las ecuaciones acorde al tema

x

Se incluyen las fórmulas acorde al nivel x

Factibilidad

Los materiales propuestos son accesibles x

Existen espacios adecuados para el desarrollo de la guía x

El tiempo propuesto para realizar la guía es el apropiado x

La guía se puede abordar como actividades complementarias de los contenidos propuestos

x

Claridad

Las instrucciones y procedimientos propuestos en la guía, son claros y precisos

x

Se hace buen uso de vocabulario científico x

Las preguntas de evaluación propuestas son exhaustivas y excluyentes

x

Las imágenes propuestas son claras y apropiadas x

Respecto a la Secuencia ECBI

Focalización

Las actividades de focalización centran la atención de la o el estudiante en la temática a investigar o tratar.

x

Las actividades de focalización recogen las ideas previas de las y los estudiantes

x

La actividad de focalización plantea una situación problemática contextualizada

x

La actividad propuesta incentiva el debate grupal y de ideas, que luego comparten con el curso.

x

La situación – problema presentado es coherente con los objetivos de aprendizajes y actividades planificadas.

x

Las actividades posibilitan que las y los estudiantes problematicen los contenidos a tratar, para motivar el trabajo posterior.

x

Exploración

Las preguntas planteadas ponen a prueba las ideas previas de las y los estudiantes, de manera de utilizar el desajuste cognitivo para generar el conocimiento.

x

~ 239~

Las actividades diseñas son coherentes y concordantes con los objetivos de aprendizaje.

x

El diseño de las actividades considera la puesta a prueba de las ideas previas de las y los estudiantes, de manera que genera un desequilibrio en su estructura de pensamiento, que permita la reestructuración de su conocimiento y la introducción de un nuevo conocimiento.

x

Considera la actividad, la disponibilidad de materiales para su ejecución.

x

Contraste

Se da la instancia para el análisis grupal de los resultados obtenidos

x

La actividad propuesta permita la puesta en común de los resultados y análisis a nivel curso.

x

La actividad propuesta permite introducir definiciones y/o nuevo conocimiento por parte de la o el docente.

x

La guía permite que las definiciones y nuevo conocimiento introducido, se vinculen con la experiencia realizada.

x

Aplicación

La guía presenta actividades que permitan transferir el nuevo conocimiento adquirido, a situaciones problemáticas cotidianas, pero diferentes a los investigados.

x

La guía presenta preguntas que permitan a resolución de problemas vinculados con la temática.

x

Las actividades planteadas hacen acento en el análisis de fenómenos, subordinando el cálculo solo como una herramienta de análisis.

x

Observaciones Generales:

Las actividades propuestas en esta guía cumplen con el objetivo de generar interés en los estudiantes, sobretodo en el primer año de enseñanza media que es donde mayor conflicto existe con las Ciencias, el sonido es un tema al cual se le puede sacar mucho provecho en el aula, es por esto que sería de gran utilidad extender las actividades de aplicación y vincularlas a la investigación pero de manera más exhaustiva. En general, las actividades se desarrollan de manera en que el estudiante puede llegar a cumplir con los objetivos planteados.

Nombre del evaluador: Roberto Yañez Andrade

Institución: Universidad de Santiago

~ 240~

Guía 9: Un estruendo en el silencio

Indicadores 1 2 3 4 5 NO

Pertinencia en la Guía

Las etapas son capaces de lograr las habilidades propuestas

x

No se muestran actividades innecesarias x

Se hace uso correcto de las TIC x

Se incluyen adecuadamente las ecuaciones acorde al tema

x

Se incluyen las fórmulas acorde al nivel x

Factibilidad

Los materiales propuestos son accesibles x

Existen espacios adecuados para el desarrollo de la guía x

El tiempo propuesto para realizar la guía es el apropiado x

La guía se puede abordar como actividades complementarias de los contenidos propuestos

x

Claridad

Las instrucciones y procedimientos propuestos en la guía, son claros y precisos

x

Se hace buen uso de vocabulario científico x

Las preguntas de evaluación propuestas son exhaustivas y excluyentes

x

Las imágenes propuestas son claras y apropiadas x

Respecto a la Secuencia ECBI

Focalización

Las actividades de focalización centran la atención de la o el estudiante en la temática a investigar o tratar.

x

Las actividades de focalización recogen las ideas previas de las y los estudiantes

x

La actividad de focalización plantea una situación problemática contextualizada

x

La actividad propuesta incentiva el debate grupal y de ideas, que luego comparten con el curso.

x

La situación – problema presentado es coherente con los objetivos de aprendizajes y actividades planificadas.

x

Las actividades posibilitan que las y los estudiantes problematicen los contenidos a tratar, para motivar el trabajo posterior.

x

Exploración

Las preguntas planteadas ponen a prueba las ideas previas de las y los estudiantes, de manera de utilizar el desajuste cognitivo para generar el conocimiento.

x

~ 241~

Las actividades diseñas son coherentes y concordantes con los objetivos de aprendizaje.

x

El diseño de las actividades considera la puesta a prueba de las ideas previas de las y los estudiantes, de manera que genera un desequilibrio en su estructura de pensamiento, que permita la reestructuración de su conocimiento y la introducción de un nuevo conocimiento.

x

Considera la actividad, la disponibilidad de materiales para su ejecución.

x

Contraste

Se da la instancia para el análisis grupal de los resultados obtenidos

x

La actividad propuesta permita la puesta en común de los resultados y análisis a nivel curso.

x

La actividad propuesta permite introducir definiciones y/o nuevo conocimiento por parte de la o el docente.

x

La guía permite que las definiciones y nuevo conocimiento introducido, se vinculen con la experiencia realizada.

x

Aplicación

La guía presenta actividades que permitan transferir el nuevo conocimiento adquirido, a situaciones problemáticas cotidianas, pero diferentes a los investigados.

x

La guía presenta preguntas que permitan a resolución de problemas vinculados con la temática.

x

Las actividades planteadas hacen acento en el análisis de fenómenos, subordinando el cálculo solo como una herramienta de análisis.

x

Observaciones Generales:

En general las actividades se centran en que los estudiantes agreguen nuevos términos a su vocabulario científico, por lo mismo, se pueden agregar actividades grupales que desarrollen debates con respecto a las experiencias individuales. Es un buen tema a tratar y se encuentra relacionado con situaciones cotidianas como la intensidad de la música en un concierto.

Nombre del evaluador: Roberto Yañez Andrade

Institución: Universidad de Santiago

Fecha: 11 de septiembre de 2013

~ 242~

Guía 10: Combinando diferentes colores

Indicadores 1 2 3 4 5 NO

Pertinencia en la Guía

Las etapas son capaces de lograr las habilidades propuestas

X

No se muestran actividades innecesarias X

Se hace uso correcto de las TIC X

Se incluyen adecuadamente las ecuaciones acorde al tema

X

Se incluyen las fórmulas acorde al nivel X

Factibilidad

Los materiales propuestos son accesibles x

Existen espacios adecuados para el desarrollo de la guía X

El tiempo propuesto para realizar la guía es el apropiado X

La guía se puede abordar como actividades complementarias de los contenidos propuestos

X

Claridad

Las instrucciones y procedimientos propuestos en la guía, son claros y precisos

X

Se hace buen uso de vocabulario científico X

Las preguntas de evaluación propuestas son exhaustivas y excluyentes

X

Las imágenes propuestas son claras y apropiadas X

Respecto a la Secuencia ECBI

Focalización

Las actividades de focalización centran la atención de la o el estudiante en la temática a investigar o tratar.

X

Las actividades de focalización recogen las ideas previas de las y los estudiantes

X

La actividad de focalización plantea una situación problemática contextualizada

X

La actividad propuesta incentiva el debate grupal y de ideas, que luego comparten con el curso.

X

La situación – problema presentado es coherente con los objetivos de aprendizajes y actividades planificadas.

X

Las actividades posibilitan que las y los estudiantes problematicen los contenidos a tratar, para motivar el trabajo posterior.

X

~ 243~

Exploración

Las preguntas planteadas ponen a prueba las ideas previas de las y los estudiantes, de manera de utilizar el desajuste cognitivo para generar el conocimiento.

X

Las actividades diseñadas son coherentes y concordantes con los objetivos de aprendizaje.

X

El diseño de las actividades considera la puesta a prueba de las ideas previas de las y los estudiantes, de manera que genera un desequilibrio en su estructura de pensamiento, que permita la reestructuración de su conocimiento y la introducción de un nuevo conocimiento.

X

Considera la actividad, la disponibilidad de materiales para su ejecución.

X

Contraste

Se da la instancia para el análisis grupal de los resultados obtenidos

X

La actividad propuesta permite la puesta en común de los resultados y análisis a nivel curso.

X

La actividad propuesta permite introducir definiciones y/o nuevo conocimiento por parte de la o el docente.

X

La guía permite que las definiciones y nuevo conocimiento introducido, se vinculen con la experiencia realizada.

X

Aplicación

La guía presenta actividades que permitan transferir el nuevo conocimiento adquirido, a situaciones problemáticas cotidianas, pero diferentes a los investigados.

X

La guía presenta preguntas que permitan a resolución de problemas vinculados con la temática.

X

Las actividades planteadas hacen acento en el análisis de fenómenos, subordinando el cálculo solo como una herramienta de análisis.

X

Observaciones Generales:

Sin observaciones Generales

Nombre del evaluador: David Martin Sotomayor

Institución: Colegio Cardenal Raúl Silva Henríquez – Fundación Belén Educa

Fecha: 13 de Septiembre de 2013