Universidad de Santiago de Chile, Facultad de Ciencia

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
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.
~ ii~
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
~ iii~
“Cuéntame y lo olvidaré, muéstrame y lo recordaré, involúcrame y lo aprenderé”
Confucio
~ iv~
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
~ v~
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
~ vi~
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.
~ vii~
Finalmente muchas gracias a todos quienes apoyaron nuestro trabajo, y
nuestros caminos durante esta carrera.
Rodrigo Antonio Jeraldo Romero
~ viii~
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
~ ix~
TABLA DE CONTENIDOS
Resumen
xvi
Abstract
xvii
CAPÍTULO I: INTRODUCCIÓN
1.1 Contextualización
1
1.2 Identificación del Problema
2
1.3 Objetivos
3
Objetivo General
3
Objetivos Específicos
3
CAPÍTULO II: FUNDAMENTACIÓN TEÓRICA
2.1
¿Qué
entenderemos
por
habilidades
de
5
pensamiento científico?
2.2 Ciencia, Tecnología y Sociedad
2.3
Enseñanza
de
las
8
Ciencias
mediante
la
10
experimentación e investigación
¿Qué es la indagación científica?
Enseñanza
de
las
Ciencias
14
Basada
en
la
16
2.4 Lenguaje de Programación en estudiantes de
20
Indagación
Educación Media
2.5 Tecnologías de la Información y Comunicación
21
2.6 El Diseño de Unidades Didácticas para la
23
enseñanza de las Ciencias
2.7 Arduino – Microntroladores
27
Lenguaje de Programación en Placa Arduino
32
Referencias del lenguaje Arduino utilizadas en el
33
uso de sensores
~ x~
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
39
manejo del sensor de temperatura (LM35)
-
Programación de la plataforma Arduino para el
43
manejo del sensor de flexión de 2.2’’
-
Programación de la plataforma Arduino para el
47
manejo del LED RGB (tricolor)
-
Programación de la plataforma Arduino para el
50
manejo del Emisor de frecuencias
3.4 Confección de guías de trabajo para estudiantes,
54
profesoras y profesores
-
-
Guía para el estudiante
54

57
Ejemplo de guía para el estudiante
Orientaciones para el o la docente en la
65
implementación de la propuesta didáctica

3.5
66
Ejemplo de indicaciones al docente
Respecto
al
montaje
experimental
y
la
68
programación del microcontrolador
CAPITULO IV: OPINIÓN DE GUÍAS DE TRABAJO PARA
ESTUDIANTES
4.1 Opinión
de
las
guías
mediante
Escala
de
70
4.2 Resultados de la aplicación de la Escala de
74
Apreciación
Apreciación
4.3 Análisis de los resultados
84
~ xi~
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
106
utilizados para el manejo del Sensor de Temperatura
ANEXO 6: Manual de Construcción de los circuitos
113
utilizados para el manejo del Sensor de Flexión
ANEXO 7: Manual de Construcción de los circuitos
122
utilizados para el Emisor de Frecuencia
ANEXO 8: Manual de Construcción de los circuitos
127
utilizados para el LED RGB
ANEXO 9: Material para el docente y guías para la
132
implementación de las experiencias indagatorias
ANEXO 10: Opinión de las guías de trabajo
~ xii~
224
ÍNDICE DE ILUSTACIONES
Ilustración 1: Taxonomía de Bloom (1954)
7
Ilustración 2: Relación sistémica entre los distintos
17
elementos del enfoque.
Ilustración 3: Estructura principal de una Unidad Didáctica
25
(Hernández, 2011)
Ilustración 4: Aspectos a considerar al momento de
26
elaborar una Unidad Didáctica
Ilustración 5: Programa que cuenta de 1 a 10 en C++,
29
mediante comando "for() {}"
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
45
Fritzing
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
50
hembra
Ilustración 19: Montaje del emisor de frecuencias, versión
51
1, creado con Fritzing
Ilustración 20: Montaje del emisor de frecuencias, versión
2, creado con Fritzing
~ xiii~
52
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
~ xiv~
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
~ xv~
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.
~ xvi~
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.
~ xvii~
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
~ 1~
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
~ 2~
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.
~ 3~

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.
~ 4~
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
~ 5~
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
~ 6~
nivel de pensamiento superior, en el sentido de que se deben juzgar los
resultados de las actividades que se realizan.
Ilustración 1: Taxonomía de Bloom (1954)
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).
~ 7~
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).
~ 8~
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.
~ 9~
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).
~ 10~
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,
~ 11~
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
~ 12~
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
~ 13~
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).
~ 14~
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).
~ 15~
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.
~ 16~

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.
1
Ilustración 2: Relación sistémica entre los distintos elementos del enfoque
1
Obtenida de: http://www.ecbichile.cl/enfoque-sistemico/ . Recuperado el 15 – 08 – 2013
~ 17~
La secuencia de enseñanza del ECBI (Verdugo, sf), se resumen en
cuatro grandes pasos:
FASE
DESCRIPCIÓN
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.
Focalización
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.
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
Exploración
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
~ 18~
que se pide al estudiante es que realice una predicción
del resultado experimental que se tendrá.
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
Comparación
/Contraste
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.
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
Aplicación
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
~ 19~
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
~ 20~
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.
~ 21~
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
~ 22~
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
~ 23~
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
~ 24~
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):
Actividades de
Exploración
Actividades de
Promoción
Actividades de
Síntesis
Actividades de
Generalización
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.
~ 25~
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.
~ 26~
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.
~ 27~
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++.
~ 28~
Ilustración 5:
Programa que
cuenta de 1 a 100 en
C++, mediante
comando “for () {}”.
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”:
~ 29~
Ilustración 6: Módulo Arduino UNO
3
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
14 (6 de ellas con
PWM*)
6
Pines Digitales I/O
Pines de entrada análoga
Corriente directa de los Pines
Corriente directa para los Pines de
3.3V
Memoria Flash
40 mA
50 mA
32 KB
Puertos 3, 5, 6, 9, 10,
11
Pulse-Width Modulation
Tabla 2: Características
3
4
Imagen obtenida en: http://arduino.cc/en/uploads/Main/ArduinoUno_r2_front450px.jpg
4
http://www.arduino.cl/int/caracteristicas.html
~ 30~
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.
~ 31~
Ilustración 7: Software de programación Arduino
5
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.
5
http://4.bp.blogspot.com/-PAk 1ZLISfo/T_eVzsFq8tI/AAAAAAAAAjQ/l7q_xXrkIm8/s1600/ide+arduino+2.png
~ 32~
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)
~ 33~
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
~ 34~
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)
~ 35~
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).
~ 36~
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,
~ 37~
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
~ 38~
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
~ 39~
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
~ 40~
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
~ 41~
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
~ 42~
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.
~ 43~
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.
~ 44~
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.
~ 45~
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
~ 46~
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 CianMagenta-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.
~ 47~
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
~ 48~
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
~ 49~
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).
~ 50~
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.
~ 51~
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.
~ 52~
Ilustración 21: Esquemático Emisor de Frecuencias
~ 53~
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:
8
Ilustración 22: Etiqueta 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:
9
Ilustración 23: Etiqueta 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
~ 54~
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:
10
Ilustración 24: Etiqueta 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:
11
Ilustración 25: Etiqueta “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/CasaJardin/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-cuadernoy-lapiz-sobre-blanco.jpg
~ 55~
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:
12
Ilustración 26: Etiqueta 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
~ 56~
Se enfría antes ¿La cuchara o el café?
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
~ 57~
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
- Palito de helado
- 3 cucharadas de sal
- Sensor de temperatura lm35
-
Interfaz Arduino
Mechero
Recipiente de vidrio
Procedimiento experimental
Para comenzar se realiza un
montaje experimental como en
la figura 1:
1. Reúnanse en grupos de 6
personas
Figura 1
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.
~ 58~
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]
~ 59~
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?
~ 60~
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?
~ 61~
¿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?
~ 62~
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?
~ 63~
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)
~ 64~
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):
~ 65~
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 OFT 13, los OFV14,
las HPC15 y los objetivos propios de la actividad experimental:
Nivel
Contenidos
OFT16
NM2
Descripción cualitativa de la Ley de Enfriamiento de Newton
- 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
Objetivo Fundamental Vertical
15
Habilidades de Pensamiento Científico
16
Tomados directamente del Marco Curricular del año 2009
14
~ 66~
- 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
Dos horas
pedagógicas
Modo de
Grupal (4 – 6 integrantes por grupo)
trabajo
 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.
~ 67~
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.
Disponible en: http://arduinobot.pbworks.com/f/Manual+Programacion+Arduino.pdf . Consultado el
día: 18 – 09 – 2013
18
~ 68~
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
~ 69~
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
19
guía
se
puede
abordar
como
actividades
Adaptación del Instrumento de Evaluación elaborado por Cortes, Flores y Sánchez (2011).
~ 70~
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
~ 71~
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
problemáticas
adquirido,
cotidianas,
pero
a
situaciones
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.
~ 72~
Observaciones Generales:
________________________________________________________________
________________________________________________________________
________________________________________________________________
________________________________________________________________
________________________________________________________________
________________________________________________________________
________________________________________________________________
________________________________________________________________
________________________________________________________________
Nombre del evaluador:
Institución:
Fecha:
Agradecemos su participación y colaboración.
Angélica Diaz Fuentes, Rodrigo Jeraldo Romero & Andreas Tapia Lorca
~ 73~
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.
~ 74~
Sensor de
flexión
Generador de
frecuencias
Guía
Indicadores
Guía 1 Guía 2 Guía 3 Guía 4 Guía 5 Guía 6 Guía 7 Guía 8
9
Pertinencia en la Guía
Las etapas son
capaces de lograr las
5
5
5
5
5
5
5
5
5
habilidades
propuestas
Sensor de temperatura LM35
LED
RGB
Guía
10
x
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
5,00
5,00
4,67
4,67
4,67
5,00
5,00
5,00
5,00
5,00
100%
93%
93%
93%
100%
100%
100%
100%
100%
Promedio
Porcentaje 100%
Tabla 3: Evaluación de pertinencia
~ 75~
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
5
5
5
5
5
5
5
5
5
5
5,00
4,50
90%
4,50
90%
4,75
95%
5,00
100%
5,00
100%
4,75
95%
4,75
95%
4,75
95%
5,00
100%
4,75
95%
La guía se puede
abordar como
actividades
complementarias de
los contenidos
propuestos
Promedio
Porcentaje
Tabla 4: Evaluación de Factibilidad
~ 76~
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
5,00
100%
4,75
95%
4,75
95%
4,75
95%
5,00
100%
5,00
100%
4,67
93%
5,00
100%
4,25
85%
Promedio 5,00
Porcentaje 100%
Tabla 5: Evaluación de Claridad
~ 77~
Guía
1
Respecto a la Secuencia ECBI
Guía
2
Guía
3
Guía
4
Guía
5
Guía
6
Guía
7
Guía
8
Guía
9
Guía
10
5
5
5
5
5
5
5
5
5
5
5,00
4
5
5
4
4
5
4
5
4
5
4,50
5
5
5
5
5
5
5
5
5
5
5,00
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
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.
Promedio general “Focalización” 4,83
Tabla 6: Evaluación de la etapa de focalización – ECBI
~ 78~
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
~ 79~
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.
5
5
4
5
5
5
4
3
3
4
4,30
5
5
4
5
5
5
4
4
3
4
4,40
5
5
5
5
5
5
5
5
4
5
4,90
5
5
5
5
5
5
5
5
5
5
5,00
Promedio general “Contraste” 4,65
Tabla 8: Evaluación etapa de Contraste – ECBI
~ 80~
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.
5
5
5
5
5
5
5
4
4
5
4,80
5
5
5
5
5
5
5
3
4
5
4,70
5
5
5
5
5
5
5
4
5
5
4,90
Promedio general “Aplicación” 4,80
Tabla 9: Evaluación etapa de Aplicación - ECBI
~ 81~
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
Promedios generales respecto a cada guía
5,20
Promedios
5,00
4,80
4,60
4,40
4,20
4,00
3,80
Guía 1
Guía 2
Guía 3
Guía 4 Guía 5
Guía 6 Guía 7
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
Gráfico 1: Promedios Generales respecto a cada guía
~ 82~
Guía 8 Guía 9 Guía 10
Promedios Pertinencia, Factibilidad y Claridad, por guía.
5,20
5,00
Promedio
4,80
4,60
4,40
4,20
4,00
3,80
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
Gráfico 2: Promedios Pertinencia, Factibilidad y Claridad
~ 83~
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
~ 84~
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.
~ 85~
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
~ 86~
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.
~ 87~
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
~ 88~
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.
~ 89~
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.
~ 90~
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~ 94~
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
~ 95~
pinMode(11, OUTPUT);
pinMode(12, OUTPUT);
pinMode(13, OUTPUT);
}
//para activar 1º display (decena)
//para activar 2º display (unidad)
//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
~ 96~
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
}
~ 97~
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)
~ 98~
pinMode(12, OUTPUT);
pinMode(13, OUTPUT);
}
//para activar 2º display (unidad)
//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
~ 99~
int b=((g/10)-(a*10));
int c=(g-(100*a)-(10*b));
//UNIDAD
//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
}
}
~ 100~
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){
digitalWrite(rojo,HIGH);
digitalWrite(azul,LOW);
// experimento con colores intercalados
//Enciende LED rojo
//Apaga LED azul
~ 101~
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.
~ 102~
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 análogodigital, 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
~ 103~
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);
}
~ 104~
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)
}
~ 105~
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:
~ 106~
20
Ilustración: Sensor de Temperatura LM35
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
~ 107~
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
21
Ilustración: Display 7 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 display
21
22
Imagen obtenida y modificada de: http://3.bp.blogspot.com/-1-9WeOHUgc/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-segmentospinout_www_tecnoface_com.gif/227743606/7-segmentos-pinout_www_tecnoface_com.gif. El día 25 –
08 – 2013
~ 108~
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:
~ 109~
Materiales y componentes del Sensor de Temperatura
En esta sección se encuentran los materiales necesarios para trabajar y poder ensamblar el sensor de
temperatura
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.
Display de 7
segmentos
3
Muestra los 3 dígitos de las
mediciones realizadas:
Decena, Unidad y Decimal.
Componente
23
24
Imagen23
Casa Royal, MCI
Electronics,
Victronics, tiendas
de electrónica en
general.
Casa Royal, MCI
Electronics,
Victronics, tiendas
de electrónica en
general.
Todas las imágenes de esta tabla, han sido extraídas de http://www.olimex.cl, consultado el día 09/06/2013.
Los valores aproximados propuestos, están en relación a los valores de MCI Electronics, Victronics y Casa Royal.
~ 110~
35 CLP
Cada uno
900 CLP
Cada uno
Componente
Buzzer
Protoboard
Resistencias
330 ohm
Resistencias
2700 ohm
Resistencias
470 ohm
Imagen
Cantidad
Uso
Tiendas donde
comprar
Valor aprox.
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
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
8
Necesarias para conectar los
8 puertos de los display.
Casa Royal, MCI
Electronics,
Victronics, tiendas
de electrónica en
general.
30 CLP
Cada una
3
Necesarias para cada
transistor asociado a los
display.
Casa Royal, MCI
Electronics,
Victronics, tiendas
de electrónica en
general.
30 CLP
Cada una
Necesaria para el Buzzer.
Casa Royal, MCI
Electronics,
Victronics, tiendas
de electrónica en
general.
30 CLP
Cada una
1
~ 111~
Componente
Imagen
Cantidad
Uso
Para realizar las diferentes
conexiones entre los
componentes (también
+50
pueden ser caseros, hechos
con alambre recubierto y un
pelacables).
Este cable es el cuadrado que
Cable
traen algunas impresoras, es
adaptador
necesario para conectar el
1
USB A - USB
dispositivo Arduino al
B
computador y cargar los
programas.
Páginas web y direcciones de las tiendas referidas anteriormente:
Cables de
conexión o
Jumpers para
protoboard
Tiendas donde
comprar
Valor Aprox.
MCI Electronics
5.300 CLP
Las 70pcs
Cualquier tienda de
electrónica
computacional.
2.500 CLP
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
~ 112~
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
~ 113~
25
Ilustración: Display 7 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 display
26
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/-1-9WeOHUgc/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-segmentospinout_www_tecnoface_com.gif/227743606/7-segmentos-pinout_www_tecnoface_com.gif. El día 25 –
08 – 2013
~ 114~
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
~ 115~
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
~ 116~
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 gramofuerza, 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:
~ 117~
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
Arduino UNO
Sensor de
flexión 2,2''
Transistores
(2N3904)
Imagen28
Cantidad
Uso
Tiendas donde
comprar
Valor
aprox.29
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
1
Sensor de flexión de 2,2''.
(Funciona como resistencia
variable)
MCI Electronics
5.200 CLP
3
Se utilizan para multiplexar los
display y de esa manera utilizar
menos puertos del Arduino.
28
Casa Royal, MCI
Electronics,
Victronics, tiendas
de electrónica en
general.
Todas las imágenes de esta tabla, han sido extraídas de http://www.olimex.cl, consultado el día 09/06/2013.
Los valores aproximados propuestos, están en relación a los valores de MCI Electronics, Victronics y Casa Royal.
29
~ 118~
35 CLP
Cada uno
Componente
Imagen
Cantidad
Uso
Muestra los 3 dígitos de las
mediciones realizadas: Decena,
Unidad y Decimal.
Tiendas donde
comprar
Casa Royal, MCI
Electronics,
Victronics, tiendas
de electrónica en
general.
Valor aprox.
Display de 7
segmentos
3
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
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
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
Necesarias para cada transistor
asociado a los display.
Casa Royal, MCI
Electronics,
Victronics, tiendas
de electrónica en
general.
30 CLP
Cada una
Protoboard
Resistencias
330 ohm
Resistencias
2700 ohm
10
3
~ 119~
900 CLP
Cada uno
Componente
Cantidad
Uso
Resistencias
1k ohm
2
Necesarias para el amplificador
operacional.
Resistencias
10k ohm
2
Necesarias para el amplificador
operacional.
Resistencias
75k ohm
2
Necesarias para el divisor de
tensión asociado al sensor de
flexión.
Potenciómetro
de 1kOhm
Operacional
LM071
Imagen
Tiendas donde
comprar
Casa Royal, MCI
Electronics,
Victronics, tiendas
de electrónica en
general.
Casa Royal, MCI
Electronics,
Victronics, tiendas
de electrónica en
general.
Casa Royal, MCI
Electronics,
Victronics, tiendas
de electrónica en
general.
1
Para poder setear en 0 el sensor,
cuando no hallan pesos colgados.
Casa Royal, MCI
Electronics,
Victronics, tiendas
de electrónica en
general.
3
Para conectar un "seguidor", un
"amplificador" y un "comparador".
(Parte del montaje del sensor de
flexión 2,2'')
Victronics
~ 120~
Valor
Aprox.
30 CLP
Cada una
30 CLP
Cada una
30 CLP
Cada una
400 CLP
Cada uno
350 CLP
Cada uno
Componente
Cargador o
baterías de 5
volts
Imagen
Cantidad
Uso
Tiendas donde
comprar
Valor
Aprox.
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
MCI Electronics
5.300 CLP
Las 70pcs
Cualquier tienda
de electrónica
computacional.
2.500 CLP
Para realizar las diferentes
conexiones entre los componentes
+50
(también pueden ser caseros,
hechos con alambre recubierto y
un pelacables).
Este cable es el cuadrado que
Cable
traen algunas impresoras, es
adaptador
1
necesario para conectar el
USB A - USB
dispositivo Arduino al computador
B
y cargar los programas.
Páginas web y direcciones de las tiendas referidas anteriormente:
Cables de
conexión o
Jumpers para
protoboard
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.
~ 121~
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
~ 122~
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:
~ 123~
Materiales y componentes del Emisor de frecuencias
En esta sección se encuentran los materiales necesarios para trabajar y poder ensamblar el emisor de frecuencias.
Tiendas donde
Valor
Componente
Imagen30
Cantidad
Uso
comprar
aprox.31
Arduino UNO
Protoboard
Potenciómetro
de 1kOhm
30
31
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
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
Para poder cambiar la frecuencia
de la señal sonora.
Casa Royal, MCI
Electronics,
Victronics, tiendas
de electrónica en
general.
400 CLP
Cada uno
1
Todas las imágenes de esta tabla, han sido extraídas de http://www.olimex.cl, consultado el día 09/06/2013.
Los valores aproximados propuestos, están en relación a los valores de MCI Electronics, Victronics y Casa Royal.
~ 124~
Componente
Potenciómetro
de 100 Ohm
Imagen
Cantidad
Uso
Tiendas donde
comprar
Casa Royal, MCI
Electronics,
Victronics, tiendas
de electrónica en
general.
Casa Royal, MCI
Electronics,
Victronics, tiendas
de electrónica en
general.
Casa Royal, MCI
Electronics,
Victronics, tiendas
de electrónica en
general.
Valor
aprox.
2
Para poder cambiar la intensidad
de la señal sonora.
Resistencia 50
ohm
1
Necesarias para ubicar antes del
potenciómetro regulador de
intensidad sonora.
Pulsador (o
botón)
1
Botón para generar las
interrupciones
Buzzer
1
Emite un sonido cuya frecuencia
está determinada por el
potenciómetro asociado.
Casa Royal, MCI
Electronics,
Victronics.
1.100 CLP
Cada uno
Utilizado en caso de querer
conectar parlantes normales, al
montaje correspondiente.
Casa Royal, MCI
Electronics,
Victronics, tiendas
de electrónica en
general.
200 CLP
Jack 3,5
hembra
1
~ 125~
400 CLP
Cada uno
30 CLP
Cada una
250 CLP
Componente
Imagen
Cantidad
Uso
Para realizar las diferentes
conexiones entre los componentes
+50
(también pueden ser caseros,
hechos con alambre recubierto y
un pelacables).
Este cable es el cuadrado que
Cable
traen algunas impresoras, es
adaptador
1
necesario para conectar el
USB A - USB
dispositivo Arduino al computador
B
y cargar los programas.
Páginas web y direcciones de las tiendas referidas anteriormente:
Cables de
conexión o
Jumpers para
protoboard
Tiendas donde
comprar
Valor
aprox.
MCI Electronics
5.300 CLP
Las 70pcs
Cualquier tienda
de electrónica
computacional.
2.500 CLP
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
~ 126~
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.
~ 127~
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:
~ 128~
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
Arduino UNO
Protoboard
Potenciómetro
de 1kOhm
Imagen32
Cantidad
Uso
Tiendas donde
comprar
Valor aprox.33
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
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
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.
Los valores aproximados propuestos, están en relación a los valores de MCI Electronics, Victronics y Casa Royal.
33
~ 129~
Componente
LED RGB
Pulsador (o
botón)
Cables de
conexión o
Jumpers para
protoboard
Cable
adaptador
USB A - USB
B
Imagen
Cantidad
Uso
Tiendas donde
comprar
Valor aprox.
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
1
Botón para generar las
interrupciones
Casa Royal, MCI
Electronics,
Victronics, tiendas
de electrónica en
general.
250 CLP
+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
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
~ 130~
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
~ 131~
ANEXO 9: Material para el docente y guías para la implementación de las
experiencias indagatorias
Cuadro resumen guías propuestas
N° Guía
1
2
3
Nombre
Se enfría
antes ¿La
cuchara o el
café?
Conducción
de calor en
recipientes
por contacto
A la sombra y
al Sol, igual
siento calor
Pág.
Nivel
Sensor o
generador
Contenido
NM2
Sensor de
temperatura
Ley de Enfriamiento de
Newton
135
NM2
Sensor de
temperatura
Conducción del calor en
distintos materiales
144
NM2
Sensor de
temperatura
Tipos de transferencia
de calor
151
161
4
Movimiento y
temperatura
NM4
Sensor de
temperatura
Efecto del trabajo y la
temperatura sobre la
energía interna. Primera
Ley de la
Termodinámica
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
NM3
Sensor de
Flexión
Torque
189
NM1
Generador
de
frecuencias
Tono
199
7
8
Torque en un
pivote
El Sonido es
un tema muy
grave y muy
agudo
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
~ 132~
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.
~ 133~
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.
~ 134~
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 OFT 34, los OFV35,
las HPC36 y los objetivos propios de la actividad experimental:
Nivel
Contenidos
OFT37
NM2
Descripción cualitativa de la Ley de Enfriamiento de Newton
- 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
HPC
Objetivos
- 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.
- 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.
- Elaborar hipótesis con respecto al enfriamiento de un
cuerpo.
34
Objetivo Fundamental Transversal
Objetivo Fundamental Vertical
36
Habilidades de Pensamiento Científico
37
Tomados directamente del Marco Curricular del año 2009
35
~ 135~
Horas
pedagógicas
Modo de
trabajo
- Encontrar patrones cuantitativos para el enfriamiento
de líquidos.
- Comparar gráficamente la curva de enfriamiento de
diversos fluidos
Dos horas
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.
~ 136~
Se enfría antes ¿La cuchara o el café?
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
~ 137~
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
- Palito de helado
- 3 cucharadas de sal
- Sensor de temperatura lm35
-
Interfaz Arduino
Mechero
Recipiente de vidrio
Procedimiento experimental
Para comenzar se realiza un
montaje experimental como en
la figura 1:
Figura 2
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.
~ 138~
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]
~ 139~
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?
~ 140~
¿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?
~ 141~
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.
~ 142~
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)
~ 143~
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 OFT 38, los OFV39,
las HPC40 y los objetivos propios de la actividad experimental:
Nivel
Contenidos
OFT
OFV
HPC41
NM2
Conducción del calor en distintos materiales
- Interés por conocer la realidad y utilizar el
conocimiento
- Comprender y valorar la perseverancia, el rigor y el
cumplimiento, la flexibilidad y la originalidad
- 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.
- 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
Objetivo Fundamental Vertical
40
Habilidades de Pensamiento Científico
41
Habilidades de Pensamiento Científico
39
~ 144~
Objetivos
Horas
pedagógicas
Modo de
trabajo
conceptos y modelos teóricos del nivel.
- 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.
Dos horas pedagógicas
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.
~ 145~
Conducción de calor en recipientes por
contacto
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?
~ 146~
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
~ 147~
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?
~ 148~
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.
~ 149~
¿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?
~ 150~
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 OFT 42, los OFV43,
las HPC44 y los objetivos propios de la actividad experimental:
Nivel
Contenidos
OFT
OFV
HPC45
NM2
Tipos de transferencia de calor
- Interés por conocer la realidad y utilizar el
conocimiento
- Comprender y valorar la perseverancia, el rigor y el
cumplimiento, la flexibilidad y la originalidad
- 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.
- 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
Objetivo Fundamental Vertical
44
Habilidades de Pensamiento Científico
45
Habilidades de Pensamiento Científico
43
~ 151~
-
Objetivos
Horas
pedagógicas
Modo de
trabajo
Procesamiento e interpretación de datos, y
formulación de explicaciones, apoyándose en los
conceptos y modelos teóricos del nivel.
- 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 temperaturadistancia en la radiación, y temperatura-altura para la
convección.
Dos horas pedagógicas
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.
~ 152~
A la sombra y al sol, igual siento calor
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
¿Por qué en una tetera
cuchara se sienta
se calienta el agua
¿Por qué se calienta
caliente, al estar
casi uniformemente, y
una cuchara al estar
dentro de una taza con
no solo la parte
expuesta al sol?
té?
inferior?
1)
2)
3)
~ 153~
Materiales
- Sensor de temperatura
ensamblado con Arduino
- Hervidor
- Estufa (como fuente de
radiación)
- Calorímetro
- Barra metálica donde pueda
ensamblarse la punta del sensor
- Agua
- Cinta métrica
- Regla
Montaje Experimental
Para trabajar el fenómeno 1, es
necesario el siguiente montaje
experimental.
Figura 1
Para trabajar con el fenómeno 2, se
debe
diferencias de temperatura de la sala, como en la Figura 2.
utilizar
Figura 2
Para trabajar el fenómeno 3, se utiliza montaje se la figura 3.
~ 154~
Figura 3
Figura 3
las
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
~ 155~
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]
1
2
3
4
5
Temperatura
[ºC]
6
7
8
9
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?
~ 156~
¿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]
1
2
3
4
5
Temperatura
[ºC]
6
7
8
9
10
A continuación, grafica los valores obtenidos en la tabla anterior:
~ 157~
¿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
~ 158~
Radiación
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?
~ 159~
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
~ 160~
Radiación
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
Contenidos
OFT
OFV
HPC49
NM4 – Formación Diferenciada
Efecto del trabajo y la temperatura sobre la energía interna.
Primera Ley de la Termodinámica
- Interés por conocer la realidad y utilizar el
conocimiento
- Comprender y valorar la perseverancia, el rigor y el
cumplimiento, la flexibilidad y la originalidad
Aplicar las leyes de la termodinámica en la diversidad de
contextos en que son relevantes
- Procesamiento e interpretación de datos, y
formulación de explicaciones, apoyándose en los
conceptos y modelos teóricos del nivel.
46
Objetivo Fundamental Transversal
Objetivo Fundamental Vertical
48
Habilidades de Pensamiento Científico
49
Habilidades de Pensamiento Científico
47
~ 161~
Objetivos
Horas
pedagógicas
Modo de
trabajo

- 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.
Dos horas pedagógicas
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
~ 162~
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.
~ 163~
¿Movimiento y temperatura?
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?
~ 164~
¿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
Alambre de cobre
Alambre de hierro
Recipiente plástico
-
agua
alcohol
sensor de temperatura lm35
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.
~ 165~
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.
~ 166~
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
Temperatura final
inicial [ºC]
[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?
~ 167~
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.
~ 168~
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.
Figura 5
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
~ 169~
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 OFT 51, 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.
54
HPC
- Identificación de teorías y marcos conceptuales,
problemas, hipótesis, procedimientos experimentales,
inferencias y conclusiones en investigaciones clásicas
51
Objetivo Fundamental Transversal
Objetivo Fundamental Vertical
53
Habilidades de Pensamiento Científico
54
Habilidades de Pensamiento Científico
52
~ 170~
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.
- 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)
Dos horas pedagógicas
-
Objetivos
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.
~ 171~
Evaporación de líquidos
¿Proceso de calefacción o enfriamiento?
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?
~ 172~
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.
Figura 6
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.
~ 173~
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?
~ 174~
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?
~ 175~
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?
~ 176~
Considerando este fenómeno, ¿cuál crees tú que es el proceso principal
mediante el cual funcionan las máquinas de "Aire Acondicionado"?
~ 177~
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 gramosfuerza (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.
~ 178~
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 OFT 55, los OFV56,
las HPC57 y los objetivos propios de la actividad experimental:
Nivel
Contenidos
OFT
OFV
NM3
Empuje de un fluido – Principio de Arquímedes
- 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.
- Describir la conexión lógica entre hipótesis,
conceptos,
procedimientos,
datos
recogidos,
resultados
y
conclusiones
extraídas
en
55
Objetivo Fundamental Transversal
Objetivo Fundamental Vertical
57
Habilidades de Pensamiento Científico
56
~ 179~
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.
- 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.
- Visualizar el principio de Arquímedes cuantificando el
empuje producido por ciertos fluidos.
- Diferenciar el empuje realizado por distintos fluidos.
Dos horas pedagógicas
-
HPC58
Objetivos
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
~ 180~
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.
~ 181~
Principio de Arquímedes
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?
~ 182~
¿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?
~ 183~
Materiales
- Agua
- Sal de mesa
- Aros “tipo perla”
- Botones de diferentes
tamaños
-
Regla
Hilo de nylon
Recipiente plástico
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
~ 184~
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
~ 185~
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?
~ 186~
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?
~ 187~
¿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?
~ 188~
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 OFT 59, los OFV60,
las HPC61 y los objetivos propios de la actividad experimental:
Nivel
Contenidos
OFT
OFV
HPC62
NM3 – Formación diferenciada
Mecánica – Torque
- 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.
- 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.
Procesamiento e interpretación de datos, y formulación de
59
Objetivo Fundamental Transversal
Objetivo Fundamental Vertical
61
Habilidades de Pensamiento Científico
62
Habilidades de Pensamiento Científico
60
~ 189~
Objetivos
Horas
pedagógicas
Modo de
trabajo
explicaciones, apoyándose en los conceptos y modelos
teóricos del nivel.
- Analizar gráficamente la variación con respecto a la
distancia en la cual se aplica dicha fuerza.
- Conocer aplicaciones del uso del torque.
Dos horas pedagógicas
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.
~ 190~
Torque en un pivote
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?
~ 191~
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
~ 192~
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)
1
2
3
4
5
6
7
~ 193~
Fuerza (N)
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
~ 194~
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?
~ 195~
¿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?:
~ 196~
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
~ 197~
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.
~ 198~
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 OFT 64, los OFV65,
las HPC66 y los objetivos propios de la actividad experimental:
Nivel
Contenidos
OFT67
OFV
HPC68
Objetivos
NM1
Descripción de las características básicas del Sonido (altura,
intensidad y timbre)
- Interés por conocer la realidad y utilizar el
conocimiento
- Comprender y valorar la perseverancia, el rigor y el
cumplimiento, la flexibilidad y la originalidad
- 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.
- 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.
- Distinguir y diferenciar distintas frecuencias (tono) de
ondas sonaras.
64
Objetivo Fundamental Transversal
Objetivo Fundamental Vertical
66
Habilidades de Pensamiento Científico
67
Tomados directamente del Marco Curricular del año 2009
68
Habilidades de Pensamiento Científico
65
~ 199~
Horas
pedagógicas
Modo de
trabajo
Una hora pedagógica
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”.
~ 200~
El Sonido es un tema muy grave y
agudo
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?
~ 201~
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?
~ 202~
1. En la siguiente tabla, utilizando el botón para alcanzar las notas musicales,
describe cualitativamente como es cada nota musical.
Frecuencia (Hz)
Do
Re
Mi
Fa
Sol
La
Si
Descripción
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?
~ 203~
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.
~ 204~
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?
~ 205~
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 OFT 69, los OFV70,
las HPC71 y los objetivos propios de la actividad experimental:
Nivel
Contenidos
OFT72
OFV
HPC73
Objetivos
NM1
Descripción de las características básicas del Sonido (altura,
intensidad y timbre)
- Interés por conocer la realidad y utilizar el
conocimiento
- Comprender y valorar la perseverancia, el rigor y el
cumplimiento, la flexibilidad y la originalidad
- 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.
- 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.
- Diferenciar distintas amplitudes de onda (volumen)
69
Objetivo Fundamental Transversal
Objetivo Fundamental Vertical
71
Habilidades de Pensamiento Científico
72
Tomados directamente del Marco Curricular del año 2009
73
Habilidades de Pensamiento Científico
70
~ 206~
Horas
pedagógicas
Modo de
trabajo
Una hora pedagógica
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.
~ 207~
Un estruendo en el silencio
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?
~ 208~
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.
~ 209~
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.
1
2
3
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?
~ 210~
¿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.
~ 211~
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)
~ 212~
¿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?
~ 213~
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.
~ 214~
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 OFT 74, los OFV75,
las HPC76 y los objetivos propios de la actividad experimental:
Nivel
Contenidos
OFT77
OFV
HPC78
NM1
El color
- Interés por conocer la realidad y utilizar el
conocimiento
- Comprender y valorar la perseverancia, el rigor y el
cumplimiento, la flexibilidad y la originalidad
- 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.
- Identificación de problemas, hipótesis, procedimientos
experimentales, inferencias y conclusiones, en
investigaciones
científicas
clásicas
o
contemporáneas.
74
Objetivo Fundamental Transversal
Objetivo Fundamental Vertical
76
Habilidades de Pensamiento Científico
77
Tomados directamente del Marco Curricular del año 2009
78
Habilidades de Pensamiento Científico
75
~ 215~
-
Objetivos
Horas
pedagógicas
Modo de
trabajo
Procesamiento e interpretación de datos, formulación
de explicaciones, apoyándose en los conceptos y
modelos teóricos del nivel.
- Observar la combinación óptica de los colores para
obtener luz blanca.
- Analizar la programación del dispositivo para extraer
conclusiones respecto al experimento.
Dos horas pedagógicas
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.
~ 216~
Combinando diferentes colores
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.
~ 217~
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.
~ 218~
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?
~ 219~
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?
~ 220~
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?
~ 221~
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
Al combinarlos
con pintura,
¿Forman el color
blanco?
Colores básicos óptica
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
~ 222~
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?
~ 223~
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
X
propuestas
No se muestran actividades innecesarias
X
Se hace uso correcto de las TIC
X
Se incluyen adecuadamente las ecuaciones acorde al
X
tema
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
X
complementarias de los contenidos propuestos
Claridad
Las instrucciones y procedimientos propuestos en la
X
guía, son claros y precisos
Se hace buen uso de vocabulario científico
X
Las preguntas de evaluación propuestas son exhaustivas
X
y excluyentes
Las imágenes propuestas son claras y apropiadas
X
Respecto a la Secuencia ECBI
Focalización
Las actividades de focalización centran la atención de la
X
o el estudiante en la temática a investigar o tratar.
Las actividades de focalización recogen las ideas previas
X
de las y los estudiantes
La actividad de focalización plantea una situación
X
problemática contextualizada
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.
Las actividades posibilitan que las y los estudiantes
problematicen los contenidos a tratar, para motivar el
trabajo posterior.
~ 224~
X
X
Exploración
Las preguntas planteadas ponen a prueba las ideas
previas de las y los estudiantes, de manera de utilizar el
X
desajuste cognitivo para generar el conocimiento.
Las actividades diseñadas son coherentes y
X
concordantes 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
X
pensamiento, que permita la reestructuración de su
conocimiento y la introducción de un nuevo
conocimiento.
Considera la actividad, la disponibilidad de materiales
X
para su ejecución.
Contraste
Se da la instancia para el análisis grupal de los
X
resultados obtenidos
La actividad propuesta permite la puesta en común de
X
los resultados y análisis a nivel curso.
La actividad propuesta permite introducir definiciones y/o
X
nuevo conocimiento por parte de la o el docente.
La guía permite que las definiciones y nuevo
conocimiento introducido, se vinculen con la experiencia
X
realizada.
Aplicación
La guía presenta actividades que permitan transferir el
nuevo
conocimiento
adquirido,
a
situaciones
X
problemáticas cotidianas, pero diferentes a los
investigados.
La guía presenta preguntas que permitan a resolución de
X
problemas vinculados con la temática.
Las actividades planteadas hacen acento en el análisis
de fenómenos, subordinando el cálculo solo como una
X
herramienta de análisis.
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
~ 225~
Guía 2: Conducción de calor en recipientes por contacto
Indicadores
1 2 3 4
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
X
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
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.
~ 226~
5
X
X
X
X
X
X
X
X
X
X
X
X
X
X
X
X
X
X
NO
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 diseñadas son coherentes y
concordantes 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 permite 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.
Observaciones Generales:
X
X
X
X
X
X
X
X
X
X
X
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
~ 227~
Guía 3: A la sombra y al Sol, igual siento calor
Indicadores
1 2 3 4
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
x
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
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
X
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.
5
X
X
X
X
X
X
X
X
X
X
X
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.
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.
~ 228~
X
X
X
NO
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 diseñadas son
coherentes y
concordantes 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 permite 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.
Observaciones Generales:
X
X
X
X
X
X
X
X
X
X
X
Sin observaciones Generales
Nombre del evaluador: David Martin Sotomayor
Institución: Colegio Cardenal Raúl Silva Henríquez – Fundación Belén
Educa
Fecha: 13 de Septiembre de 2013
~ 229~
Guía 4: ¿Movimiento y Temperatura?
Indicadores
1 2 3 4
Pertinencia en la Guía
Las etapas son capaces de lograr las habilidades
propuestas
No se muestran actividades innecesarias
X
Se hace uso correcto de las TIC
Se incluyen adecuadamente las ecuaciones acorde al
X
tema
Se incluyen las fórmulas acorde al nivel
x
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
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.
~ 230~
5
X
X
X
X
X
X
X
X
X
X
X
X
X
X
X
X
NO
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 diseñadas son coherentes y
concordantes 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 permite 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.
Observaciones Generales:
X
X
X
X
X
X
X
X
X
X
X
Sin observaciones Generales
Nombre del evaluador: Enzo Moglia Fernández
Institución: Instituto Femenino Superior de Comercio – Eliodoro Domínguez
Domínguez
Fecha: 13 de Septiembre de 2013
~ 231~
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
X
propuestas
No se muestran actividades innecesarias
X
Se hace uso correcto de las TIC
X
Se incluyen adecuadamente las ecuaciones acorde al
X
tema
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
X
complementarias de los contenidos propuestos
Claridad
Las instrucciones y procedimientos propuestos en la
X
guía, son claros y precisos
Se hace buen uso de vocabulario científico
X
Las preguntas de evaluación propuestas son exhaustivas
X
y excluyentes
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
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.
~ 232~
X
X
X
X
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.
Las actividades diseñadas son
coherentes y
concordantes 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 permite 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.
Observaciones Generales:
X
X
X
X
X
X
X
X
X
X
X
Sin observaciones Generales
Nombre del evaluador: Enzo Moglia Fernández
Institución: Instituto Femenino Superior de Comercio – Eliodoro Domínguez
Domínguez
Fecha: 13 de Septiembre de 2013
~ 233~
Guía 6: Principio de Arquímedes
Indicadores
1 2 3 4 5 NO
Pertinencia en la Guía
Las etapas son capaces de lograr las habilidades
X
propuestas
No se muestran actividades innecesarias
X
Se hace uso correcto de las TIC
X
Se incluyen adecuadamente las ecuaciones acorde al
X
tema
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
X
complementarias de los contenidos propuestos
Claridad
Las instrucciones y procedimientos propuestos en la guía,
X
son claros y precisos
Se hace buen uso de vocabulario científico
X
Las preguntas de evaluación propuestas son exhaustivas
X
y excluyentes
Las imágenes propuestas son claras y apropiadas
X
Respecto a la Secuencia ECBI
Focalización
Las actividades de focalización centran la atención de la o
X
el estudiante en la temática a investigar o tratar.
Las actividades de focalización recogen las ideas previas
X
de las y los estudiantes
La actividad de focalización plantea una situación
X
problemática contextualizada
La actividad propuesta incentiva el debate grupal y de
X
ideas, que luego comparten con el curso.
La situación – problema presentado es coherente con los
X
objetivos de aprendizajes y actividades planificadas.
Las actividades posibilitan que las y los estudiantes
problematicen los contenidos a tratar, para motivar el
X
trabajo posterior.
Exploración
Las preguntas planteadas ponen a prueba las ideas
previas de las y los estudiantes, de manera de utilizar el
X
desajuste cognitivo para generar el conocimiento.
~ 234~
Las
actividades
diseñadas
son
coherentes
y
concordantes 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 permite 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.
Observaciones Generales:
Sin observaciones Generales
Nombre del evaluador: Diego Leonardo Ibarra Latorre
Institución: Editorial Santillana S.A.
Fecha: 16 de Septiembre de 2013
~ 235~
X
X
X
X
X
X
X
X
X
X
Guía 7: Torque en un pivote
Indicadores
1 2 3 4
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
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.
~ 236~
5
X
X
X
X
X
X
X
X
X
X
X
X
X
X
X
X
X
X
X
NO
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 diseñadas son
coherentes y
concordantes 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 permite 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.
Observaciones Generales:
Sin observaciones Generales
Nombre del evaluador: Diego L. Ibarra Latorre
Institución: Editorial Santillana S.A.
Fecha: 16 de Septiembre de 2013
~ 237~
X
X
X
X
X
X
X
X
X
X
X
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
x
propuestas
No se muestran actividades innecesarias
x
Se hace uso correcto de las TIC
x
Se incluyen adecuadamente las ecuaciones acorde al
x
tema
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
x
complementarias de los contenidos propuestos
Claridad
Las instrucciones y procedimientos propuestos en la guía,
x
son claros y precisos
Se hace buen uso de vocabulario científico
x
Las preguntas de evaluación propuestas son exhaustivas
x
y excluyentes
Las imágenes propuestas son claras y apropiadas
x
Respecto a la Secuencia ECBI
Focalización
Las actividades de focalización centran la atención de la o
x
el estudiante en la temática a investigar o tratar.
Las actividades de focalización recogen las ideas previas
x
de las y los estudiantes
La actividad de focalización plantea una situación
x
problemática contextualizada
La actividad propuesta incentiva el debate grupal y de
x
ideas, que luego comparten con el curso.
La situación – problema presentado es coherente con los
x
objetivos de aprendizajes y actividades planificadas.
Las actividades posibilitan que las y los estudiantes
x
problematicen los contenidos a tratar, para motivar el
trabajo posterior.
Exploración
Las preguntas planteadas ponen a prueba las ideas
x
previas de las y los estudiantes, de manera de utilizar el
desajuste cognitivo para generar el conocimiento.
~ 238~
Las actividades diseñas son coherentes y concordantes
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.
Observaciones Generales:
x
x
x
x
x
x
x
x
x
x
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
~ 239~
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
x
propuestas
No se muestran actividades innecesarias
x
Se hace uso correcto de las TIC
x
Se incluyen adecuadamente las ecuaciones acorde al
x
tema
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
x
complementarias de los contenidos propuestos
Claridad
Las instrucciones y procedimientos propuestos en la guía,
x
son claros y precisos
Se hace buen uso de vocabulario científico
x
Las preguntas de evaluación propuestas son exhaustivas
x
y excluyentes
Las imágenes propuestas son claras y apropiadas
x
Respecto a la Secuencia ECBI
Focalización
Las actividades de focalización centran la atención de la o
x
el estudiante en la temática a investigar o tratar.
Las actividades de focalización recogen las ideas previas
x
de las y los estudiantes
La actividad de focalización plantea una situación
x
problemática contextualizada
La actividad propuesta incentiva el debate grupal y de
x
ideas, que luego comparten con el curso.
La situación – problema presentado es coherente con los
x
objetivos de aprendizajes y actividades planificadas.
Las actividades posibilitan que las y los estudiantes
x
problematicen los contenidos a tratar, para motivar el
trabajo posterior.
Exploración
Las preguntas planteadas ponen a prueba las ideas
x
previas de las y los estudiantes, de manera de utilizar el
desajuste cognitivo para generar el conocimiento.
~ 240~
Las actividades diseñas son coherentes y concordantes
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.
Observaciones Generales:
x
x
x
x
x
x
x
x
x
x
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
~ 241~
Guía 10: Combinando diferentes colores
Indicadores
1 2 3 4
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
x
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
complementarias de los contenidos propuestos
Claridad
Las instrucciones y procedimientos propuestos en la
X
guía, son claros y precisos
Se hace buen uso de vocabulario científico
X
Las preguntas de evaluación propuestas son exhaustivas
X
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.
5
X
X
X
X
X
X
X
X
X
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.
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.
~ 242~
NO
X
X
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.
Las actividades diseñadas son
coherentes y
concordantes 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 permite 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.
Observaciones Generales:
X
X
X
X
X
X
X
X
X
X
X
Sin observaciones Generales
Nombre del evaluador: David Martin Sotomayor
Institución: Colegio Cardenal Raúl Silva Henríquez – Fundación Belén
Educa
Fecha: 13 de Septiembre de 2013
~ 243~