Modalidad Semipresencial en Circuitos Eléctricos (Ingeniería Eléctrica)

Resumen

La universidad en su relación con la sociedad contemporánea, demanda un proceso de enseñanza–aprendizaje más dinámico donde el profesor estimule, oriente y ayude al estudiante a gestionar el conocimiento de manera activa, en dependencia con los objetivos curriculares trazados, las características del modelo pedagógico en el cual están inmersos y el desarrollo alcanzado por la sociedad.

En este sentido, la modalidad de estudio semipresencial ofrece valiosas potencialidades, y su ejecución a través de la clase encuentro es esencial. De ahí, el creciente interés de las universidades por la incorporación de las TIC a sus actividades docentes y de las numerosas experiencias iniciadas en los últimos años en su uso.

En este trabajo se propone una metodología para la planificación de la semipresencialidad en las asignaturas de Circuitos Eléctricos de la carrera de Ingeniería Eléctrica en la Universidad de Oriente, haciendo énfasis en la implementación de laboratorios virtuales para los circuitos equivalentes de cada tema a través del uso de recursos virtuales en función del proceso de enseñanza aprendizaje.

Palabras Claves: Modalidad de estudio semipresencial, métodos y medios de enseñanza, las tecnologías de la información y la comunicación (TIC), laboratorios virtuales, circuitos eléctricos equivalentes

Introducción

El proceso de enseñanza- aprendizaje es un proceso pedagógico escolar que se distingue por ser sistemático, planificado, dirigido y especifico por cuanto la interrelación maestro-alumno deviene de un accionar didáctico mucho más directo, cuyo único fin es el desarrollo integral de la personalidad de los educandos.[1]

El aprendizaje semipresencial (de sus siglas en inglés: Blended Learning o B-Learning) es el aprendizaje facilitado a través de la combinación eficiente de diferentes métodos de impartición, el modelo de enseñanza y estilos de aprendizaje, basado en una comunicación transparente de todas las áreas implicadas.

En Cuba, la enseñanza semipresencial tiene sus orígenes en las más ricas tradiciones de luchas a partir del surgimiento de las universidades populares, en las que se dio estudio a los obreros de la época. Después del triunfo revolucionario y como conquista alcanzada por el movimiento obrero, el Ministerio de Educación Superior (MES), instaura en la década de los 70 los Cursos para Trabajadores (CPT), los que responden a las características de esta modalidad de estudio. Al respecto Horruitiner (2005) señala: "Esta modalidad de estudio, se concreta en Cuba en los CPT, dentro de la cual se desarrollan, los cursos vespertinos-nocturnos y cursos por encuentros".[2]

Como consecuencia de las transformaciones ocurridas en la Educación Superior en Cuba, la modalidad de estudio semipresencial, que ha sido estudiada por varios autores para luego ser redimensionada, se define como:

"La modalidad pedagógica que posibilita el amplio acceso y la continuidad de estudios de todos los ciudadanos, a través de un proceso de formación integral, enfatizando más en los aspectos que el estudiante debe asumir por sí mismo; flexible y estructurado; en el que se combina el empleo intensivo de los medios de enseñanza con las ayudas pedagógicas que brindan los profesores; adaptable en intensidad a los requerimientos de éstos y a los recursos tecnológicos disponibles para llevarla a cabo" MES (2006).[3]

Para la formación del estudiante con la modalidad semipresencial es indispensable usar acertadamente los medios y métodos de enseñanza, así como también el uso correcto de las tecnologías más modernas, en función de la forma organizativa seleccionada, en este caso la clase encuentro se torna fundamental y dentro de ella la actividad independiente del estudiante requiere especial atención.

Sin embargo en la actualidad en la carrera de Ingeniería Eléctrica, con la implementación del Plan D, el currículum se modifica estableciendo que el tiempo lectivo de las asignaturas de esta disciplina se vieron disminuidos casi en un 50%, manteniéndose los objetivos de enseñanza confiados en la existencia de una infraestructura tecnológica que serviría de base para incrementar los niveles de estudio independiente a los requeridos por el Plan D, esto en la realidad contemporánea no se ha cumplido, de ahí que en las encuestas a profesores y estudiantes cada año aparece como insuficiencia el no contar con la disponibilidad tecnológica que sustente el proyecto, tanto en máquinas disponibles como con el uso del internet.

El objetivo del presente trabajo es diseñar una metodología para la planificación y ejecución de la semipresencialidad en las asignaturas de Circuitos Eléctricos de la carrera de Ingeniería Eléctrica, haciendo énfasis en la implementación de laboratorios virtuales para los circuitos equivalentes de cada tema a través del uso de recursos virtuales en función del proceso de enseñanza aprendizaje.

Desarrollo

El hombre de hoy está inmerso en una nueva revolución tecnológica que compromete todos los ámbitos de la sociedad, y de ella no escapa y emerge con singular fuerza, el aspecto educativo. Las nuevas tecnologías provocan profundas modificaciones en el mundo laboral y en la vida cotidiana. En la educación semipresencial las tecnologías de la información y las comunicaciones con función didáctica adquieren una dimensión extraordinaria en este siglo. El desempeño de los medios de enseñanza en la didáctica provoca una innovación en el modelo de enseñanza enriquecida por la multilateralidad de formas para atender la realidad educativa.

Las instituciones universitarias se encuentran en perfeccionamiento; los cambios en el mundo productivo, el desarrollo tecnológico, el mundo de la información, la tendencia a la comercialización del conocimiento, la demanda de sistemas de enseñanza -aprendizaje más flexibles y accesibles a los que pueda incorporarse cualquier ciudadano a lo largo de la vida, etc… están provocando que las instituciones de educación superior apuesten decididamente por las tecnologías de la información y las comunicaciones (TICs).

Pero ¿Cómo están respondiendo las universidades a estos cambios y demandas? Las instituciones de educación superior con frecuencia crecientes, están adentrándose al uso de Internet para distribuir cursos a estudiantes a distancia, también para mejorar los programas educativos que se distribuyen en los Centros de Educación Superior (CES). Algunas instituciones han visto esto como una manera de atraer a los estudiantes que no pueden asistir a clase por una u otra razón; otros lo utilizan como una manera de responder a las necesidades de una nueva población de estudiantes y otros para la simulación de prácticas de laboratorios reales tanto de la docencia como de la investigación.

Muchos docentes ven en las TICs un medio que les puede facilitar su labor, otros consideran que por ser algo con lo que los jóvenes conviven diariamente, el proceso de enseñanza y aprendizaje mejorará; sin embargo, se van dando cuenta que las TICs no son un medio de transmisión de conocimientos, sino que pueden convertirse en herramientas pedagógicas valiosas, que promueven ambientes de aprendizaje colaborativos, donde el docente deja de ser el centro del proceso para convertirse en un mediador con carácter orientador de los temas que se traten.

Por tanto, ser un mediador en entornos virtuales, no significa cambiar el espacio de un aula tradicional a un aula virtual. Significa encontrar nuevas alternativas que permitan mantener activos a los estudiantes, aun cuando éstos se encuentren en distintas partes del mundo, promoviendo la construcción de conocimientos y la colaboración.

El uso de las TICs en las universidades del mundo ha sido uno de los principales factores de inducción al cambio y adaptación a las nuevas formas de hacer y de pensar iniciadas a partir de los ochenta en los distintos sectores de la sociedad. En el ámbito administrativo, los procesos de acción generados facilitan la organización de las instituciones, permitiendo manejar grandes cantidades de información y bases de datos en los distintos procesos. En el ámbito de lo académico, estas herramientas han facilitado a un gran número de estudiantes el acceso a la información, y han ido modificando significativamente el proceso de enseñanza-aprendizaje.

En el caso específico de la carrera de Ingeniería Eléctrica en Cuba en correspondencia con el Plan de Estudio actual, el futuro graduado se considera como un profesional de perfil amplio que desarrolla sus tareas en prácticamente todas las actividades económicas del país, pero con mayor peso en la rama eléctrica, siendo el encargado de garantizar la generación, transmisión, distribución y consumo de la energía eléctrica, de manera eficiente, fiable y con calidad, por lo que es de vital importancia una formación integral de estos profesionales que les permita un desempeño profesional en correspondencia con los avances científicos técnicos y el desarrollo sostenible.

Específicamente en la Disciplina de Circuitos Eléctricos y Mediciones Eléctricas, hay que tener en cuenta que esta disciplina se caracteriza por constituir la base fundamental de la carrera, ya que en ella se estudian los principales métodos de análisis de circuitos, los fundamentos de las mediciones eléctricas y métodos de medición los que se adquieren a través de las diferentes formas de docencia en la que los estudiantes deben alcanzar las habilidades necesarias para su utilización en la vida laboral y en otras disciplinas, como son las Máquinas Eléctricas, los Sistemas Eléctricos, los Accionamientos Eléctricos, etc .

Con la implementación del Plan D, el currículum se modifica estableciendo que el tiempo lectivo de las asignaturas de esta disciplina se vieron disminuidos casi en un 50% manteniéndose los objetivos de enseñanza confiados en la existencia de una infraestructura tecnológica que serviría de base para incrementar los niveles de estudio independiente a los requeridos por el Plan D, por lo que se hace necesario buscar nuevas vías que le sirvan de apoyo y estimulación para el desarrollo de un aprendizaje activo, donde los estudiantes participen consciente e interesadamente en la adquisición de nuevos conocimientos.

De acuerdo con la situación que se presenta con la obsolescencia de los medios de enseñanza tradicionales para desarrollar las prácticas de laboratorio en las instituciones de educación superior del país, la introducción de la computadora en el proceso de enseñanza aprendizaje ha sido una alternativa de solución de los medios en general, dispositivos e instrumentos, dándole una mayor riqueza a estas actividades, la disponibilidad de trabajar con software profesionales capaces de preparar a los actores del proceso (estudiantes y profesores) en la simulación de circuitos e instalaciones diversas, permite el ahorro de componentes y equipos eléctricos dentro del proceso de enseñanza aprendizaje, lo que se traduce en un ahorro económico considerable, pues al llegar a la simulación, cometer un error no invalida el puesto de trabajo, ni gastos de materiales.

Ahora bien, ¿qué es un Laboratorio virtual?

Según colectivo de autores especialistas en la temática, desde el punto de vista lingüístico, el término virtual significa "que no es real". En general, se distingue algo que es netamente conceptual de algo que es físicamente real. Tal distinción se puede utilizar en una gran variedad de situaciones. De acuerdo a lo anterior en el campo de la computación, se ha definido un laboratorio virtual como una simulación en computadora de una amplia variedad de situaciones en un ambiente interactivo. [4]

Los laboratorios virtuales pueden ser locales o remotos. La diferencia consiste en el lugar donde se llevan a cabo las simulaciones. De forma local, se ejecutan los recursos haciendo uso de la potencia de cálculo del equipo que está disponible para los alumnos.

Este laboratorio, permite al usuario ingresar a un ambiente donde es posible llevar a cabo un trabajo experimental en forma individual y discutir los resultados en forma grupal. Este ambiente se soporta en un diseño instruccional planificado, donde se toman en cuenta aspectos fundamentales como la revisión de un marco teórico, la identificación de los principales parámetros que intervienen, la experimentación con diversas situaciones que se presentan y la manipulación estadística de los resultados de la experimentación.

La simulación de creación de circuitos eléctricos mediante la computadora, reduce en gran medida algunas de las dificultades que se presentan en el montaje de éstos en un laboratorio real, pues se puede tener mayor libertad en cuanto a la manipulación de ciertos aspectos mecánicos, técnicos y económicos los cuales, deben tenerse en cuenta en la implementación del experimento.

La creación de laboratorios virtuales tiene múltiples ventajas respecto a los reales. Dado que este tipo de laboratorios se sustenta en modelos matemáticos que se ejecutan en computadoras, su configuración y operación es más sencilla.

Además, tienen un mayor grado de seguridad toda vez que no existe el riesgo de accidentes en el entorno al no haber equipos o dispositivos físicos.

Otra ventaja significativa se desprende de la economía, pues se invierte menos en equipos y materiales.

Desde el punto de vista ambiental, al no utilizar materiales que en ocasiones son tóxicos, se favorece la preservación del medio ambiente en tanto que no se vierten residuos contaminantes a la atmósfera ni a los desagües; en este sentido, también se asegura el cuidado de la salud de los alumnos al no estar en contacto con dichos materiales.

En el campo de la Didáctica el uso del laboratorio virtual es favorable pues se pueden alternar las actividades experimentales virtuales y la reales, aquí el educando se familiariza con el experimento y al enfrentar la realización de las prácticas en laboratorios reales ya cuenta con conocimientos previos que le permiten ser más racionales y eficientes en su labor.

Al optimizar tiempo al realizar las prácticas, se optimizan los materiales, disminuye significativamente el uso incorrecto de los equipos, los alumnos se forman en metodologías de trabajo, con lo cual crean el hábito de modelación previa, hay un buen manejo de las tecnologías informáticas actuales, se favorece la repetitividad y reproducibilidad de los experimentos, no hay un gasto de recursos consumibles necesarios para la realización de las prácticas, se pueden llevar cabo una infinidad de experimentos simultáneamente.

Actualmente los laboratorios virtuales están emergiendo como llave de esta tendencia pedagógica, las herramientas empleadas se han incrementado y adaptado en diferentes aplicaciones y han creado diferentes actividades con aplicación en las ciencias sociales, humanidades, artes e ingenierías, entre otras. Sin embargo, aunque existen algunos desarrollos actuales de este tipo de herramientas, se continúa necesitando de desarrollos innovadores y entornos amigables donde la comunicación y la información juegan un papel importante.

Metodología para la planificación y ejecución de la Modalidad Semipresencial en la asignatura de Circuitos Eléctricos I de la carrera de Ingeniería Eléctrica.

Para la planificación y ejecución de la modalidad semipresencial en la asignatura los autores ha preferido utilizar una metodología que trace el camino para el incremento de las habilidades de los estudiantes en el proceso de enseñanza – aprendizaje.

De acuerdo con las consideraciones de García Garay (2005), "Para caracterizar los principales núcleos de conocimiento de la disciplina, es importante tener en cuenta la relación hacia dentro, en lo que concierne a la disciplina como tal, por tanto, a partir del núcleo de conocimiento, se aporta el circuito característico de cada tema en que interviene éste"

La metodología a seguir ha sido considerada teniendo en cuenta la estructura metodológica de la disciplina para el Plan D, trabajar los circuitos equivalentes y a partir de ello implementar los laboratorios virtuales .

• Partir del sistema de objetivos, contenidos y medios de la asignatura definidos en el Plan D.

• Caracterizar los núcleos de conocimientos de la asignatura.

• Definir y dosificar los temas de la asignatura.

• Determinar los circuitos equivalentes de cada tema.

• Determinar los circuitos equivalentes específicos de cada tema

• Implementar el laboratorio virtual en correspondencia con los circuitos equivalentes específicos de cada tema.

Sistema de objetivos y contenidos de la asignatura

Los objetivos instructivos de la asignatura circuitos eléctricos I:

• 1. Analizar circuitos resistivos lineales, pasivos y activos, en régimen de corriente directa.

• 2. Analizar circuitos dinámicos lineales de primer orden, con estímulos constantes, onda cuadrada o rampa.

• 3. Analizar circuitos dinámicos lineales de segundo orden, serie y paralelo, con estímulo de corriente directa.

Sistema de conocimientos:

• 1. Conceptos básicos de circuito eléctrico, sus componentes, corriente, voltaje y potencia. El resistor.

• 2. Fuentes de voltaje y de corriente ideal y real, dependiente e independiente. Leyes de Kirchhoff.

• 3. El amplificador operacional ideal. Clasificación de los circuitos. Principales propiedades de los circuitos lineales.

• 4. Ecuaciones de las redes resistivas. Concepto de funciones de entrada y de transferencia. Dualidad en circuitos resistivos.

• 5. Transformaciones equivalentes en circuitos resistivos conectados en serie, paralelo. Divisores de voltaje y de corriente. Transformaciones recíprocas delta-estrella. Transformaciones de fuentes reales. Método de los valores proporcionales. Nociones de Topología aplicada a los circuitos.

• 6. Métodos de las corrientes de malla y de los voltajes de nodos. Teoremas de los circuitos lineales: superposición, Thevenin y Norton. Condición de máxima transferencia de potencia.

• 7. Dualidad en redes lineales dinámicas. Propiedades de los elementos almacenadores ideales. Método clásico para el cálculo de circuitos de primer orden y de segundo orden con elementos en serie o paralelo y estímulos de CD y otras formas de ondas relacionadas, frecuencias naturales, propiedades de la respuesta transitoria.

Sistema de habilidades:

• 1. Aplicar las leyes de Ohm y Kirchhoff, los divisores, las simplificaciones y transformaciones de las conexiones serie, paralelo, serie- paralelo, delta y estrella (incluyendo el retorno al circuito original, caso de ser necesario) al cálculo de voltajes, corrientes y potencias en circuitos resistivos lineales.

• 2. Aplicar los teoremas de Thevenin y de superposición, así como los métodos generales (mallas y nodos) al análisis de circuitos resistivos lineales.

• 3. Aplicar el método clásico al cálculo de circuitos de primer orden y de segundo orden (serie y paralelo) con diferentes estímulos.

• 4. Aplicar los programas de computación, existentes al análisis de circuitos resistivos o dinámicos de primer o segundo órdenes, incluyendo la interpretación de los resultados.

• 5. Medir voltajes, corrientes y otras magnitudes eléctricas.

Caracterización de los núcleos de conocimientos de la asignatura

En la tabla No. 1 se caracterizan los núcleos de conocimientos, los temas y se definen los circuitos equivalentes correspondientes.

Tabla No.1 Caracterización de los núcleos de conocimiento de la asignatura

Hay que tener en cuenta que los circuitos equivalentes en esta disciplina constituyen la expresión mínima para aplicar las Leyes y Métodos de Medición, los que son de gran utilidad para la adquisición del conocimiento, de lo que se infiere que el aprendizaje a través de un laboratorio virtual resulta de gran ayuda para ambos elementos del proceso, de ahí la importancia que se le atribuye a conformación de una metodología que permita la utilización de esta alternativa en la modalidad semipresencial.

En la figura 1 se representa el circuito equivalente o esquema de cada tema, que tendrá una derivación en los circuitos equivalentes específicos siguientes:

Figura No. 1 Derivación sistémica del circuito equivalente o esquema de un Tema.

Para cada uno de estos circuitos equivalentes específicos, se seleccionará un circuito que sea característico del tema en cuestión y satisfaga las expectativas de las implicaciones que tiene hacia dentro del tema, lo cual garantiza la relación de la asignatura y la disciplina hacia fuera, con respecto al resto de las asignaturas y disciplinas de la carrera.

• Leyes de Ohm y Kirchhoff

• Métodos de análisis, Método óptimo

• Thevenin y Superposición

• Procesos Transitorios en RL y RC.

Para implementar el laboratorio virtual en correspondencia con los circuitos equivalentes específicos de cada tema: primeramente debemos de crear una interfaz gráfica la cual sea capaz de despertar el interés y motivación de los alumnos en el entorno virtual para el proceso de enseñanza aprendizaje. Segundo lugar se establecerá una reseña en el plano teóricos en relación con cada tema y núcleo de conocimiento. En tercer lugar al inicio de cada tema el usuario llenar un formulario y/o encuesta para diagnosticar las dificultades del alumno sobre el tema en cuestión y la utilización de las herramientas de medición. Cuarto evaluaremos la preparación de los estudiantes por cada tema específicamente.

Conclusiones

• La utilización de las Tecnologías de la Información y las Comunicaciones en el Proceso Docente Educativo, evidencia la necesidad de una adecuada preparación de los sujetos que participan con dichas tecnologías, que les permitan desempeñar sus nuevas tareas y funciones para promover las transformaciones necesarias, con vistas al perfeccionamiento del proceso.

• Se ofrece una metodología para la planificación y ejecución de la Modalidad Semipresencial en la asignatura de Circuitos Eléctricos I de la carrera de Ingeniería Eléctrica sobre la base de la utilización de los circuitos equivalentes de cada uno de sus temas.

Bibliografía

• 1. Adell, J. (1997), "Entornos Virtuales ele Enseñanza Aprendizaje", Nuevas Tecnologías de la Información y la Comunicación para la Educación, Sevilla: Ediciones Alfar, págs. 114-121.

• 2. Bartolomé, Antonio (2004). Blended Learning. Conceptos básicos. Píxel-Bit. Revista de Medios y Educación, 23, pp. 7-20.

• 3.  Boylestad, Robert L: Introducción al Análisis de Circuitos, Décima Edición, 2004. Pág 97-285, 977-1003.

• 4.  Carles Sigalés, Formación universitaria y TIC: nuevos usos y nuevos roles, Revista Universidad y Sociedad del Conocimiento, Vol.1 No 1 /septiembre de 2004

• 5. García, G. J. (2005) Diseño curricular de la disciplina Electricidad y Automatización para la carrera de Ingeniería Mecánica. Tesis Doctoral., págs. (93 – 97)

• 6. Gisbert, M. (2001). Nuevos roles para el profesorado en entornos digitales. En J. Salinas, y A. Batista. (Coord.).Didáctica y Tecnología Educativa para una Universidad, en un Mundo Digital (pp. 65-85). Panamá: Universidad de Panamá. Facultad de Ciencias de la Educación.

• 7. Gisbert, M. (2000). El profesor del siglo XXI: de transmisor de contenidos a guía del ciberespacio. En J. CABERO et al. Las Nuevas Tecnologías para la mejora educativa (pp. 315-330). Sevilla: Kronos.

• 8. Joan Simón Pallisé, Carles Benedí González, Cèsar Blanché Vergés, Estado actual de la semipresencialidad con relación a las TIC en veinte universidades europeas, en EDUTEC, Costarica 2013.

• 9. MINISTERIO DE EDUCACIÓN SUPERIOR, Cuba. (2006). La modalidad semipresencial. Versión: 25.09.06. Manuscrito no publicado. La Habana.

• 10. MINISTERIO DE EDUCACIÓN SUPERIOR, Cuba. (2006). La modalidad semipresencial. Versión: 25.09.06. Manuscrito no publicado. La Habana.

• 11. MINISTERIO DE EDUCACIÓN SUPERIOR, Cuba. (2007). Reglamento de trabajo metodológico. Resolución Ministerial No. 210/2007. La Habana.

• 12. PASCUAL, Mª PAU (2003). El Blended learning reduce el ahorro de la formación on-line pero gana en calidad. Ponencia presentada en Educaweb, 69. Disponible en:http://www.educaweb.com/esp/servicios/monografico/formacionvirtual/1181108.asp

• 13. REVISTA DE DIVULGACIÓN CIENTÍFICA Y TECNOLÓGICA DE LA UNIVERSIDAD VERACRUZANA (2013) Alejandra Velasco Pérez, J. Jesús Arellano Pimentel, José Vicente Martínez y Salma Leonor Velasco Pérez

• 14.  Treftz, H.; Cardona, F.; Correa, C. D.; González, M. Á.; Restrepo, J. & Treftz, C. (1998), "Ambientes Virtuales Cooperativos aplicados a la Educación Superior", URL: http://sigma.eafit.edu.co/ virtual.html.

Autor:

Ing. Maite Martinez Garces,

Ing. José Leonel Fernández Valerino

Ing. Lianne Pérez Faxas

Ing. Leydys Maritza del Pino Caro

[1] González Soca, MSc. Ana María: El proceso de enseñanza aprendizaje ¿agente del cambio educativo?, en Nociones de Sociología, Psicología y Pedagogía, Editorial Pueblo y Educación, Ciudad de la Habana, 2002. Pág. 147.

[2] Román Cao, Eldis. LA MODALIDAD DE ESTUDIO SEMIPRESENCIAL EN CUBA. EXIGENCIAS PARA SU REDIMENSIONAMIENTO, en Cuadernos de Educación y Desarrollo, Vol 3, Nº 28 (junio 2011), Pág. Web.

[3] Ídem

[4] Alejandra Velasco Pérez, J. Jesús Arellano Pimentel, José Vicente Martínez y Salma Leonor Velasco Pérez: Laboratorios virtuales: alternativa en la educación en REVISTA DE DIVULGACIÓN CIENTÍFICA Y TECNOLÓGICA DE LA UNIVERSIDAD VERACRUZANA, México, 2013