Scientia et Technica Año XXVII, Vol. 27, No. 01, enero-marzo de 2022. Universidad Tecnológica de Pereira. ISSN 0122-1701 y ISSN: 2344-7214
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Abstract— Contemporary teaching methods often fail to engage
engineering students due to a lack of integration between practical
content and interactive techniques. This paper presents the design
and implementation of a new teaching-learning method, called
"Integration of Knowledge and Resource Articulation," aimed at
combining theoretical and practical aspects of electric energy
systems. The method is comprised of three sections: pre-
laboratory, laboratory, and post-laboratory. Each section features
pedagogical moments that use techniques such as active learning,
affective teaching, and gamification to create a meaningful and
motivating learning experience. This is achieved through the use f
videos, educational games, short readings, and activities that
encourage students to continue their studies and further research
the acquired knowledge. The method aims to emulate real-world
situations found in the productive sector.
Index Terms— Contemporary didactics, electrical machines,
holistic training, knowledge integration, teaching/learning.
Resumen— Los métodos de enseñanza contemporáneos a menudo
no consiguen atraer a los estudiantes de ingeniería debido a la falta
de integración entre los contenidos prácticos y las técnicas
interactivas. Este artículo presenta el diseño y la aplicación de un
nuevo método de enseñanza-aprendizaje, denominado
"Integración de conocimientos y articulación de recursos", cuyo
objetivo es combinar aspectos teóricos y prácticos de los sistemas
de energía eléctrica. El método consta de tres secciones: pre-
laboratorio, laboratorio y post-laboratorio. Cada sección presenta
momentos pedagógicos que utilizan técnicas como el aprendizaje
activo, la enseñanza afectiva y la gamificación para crear una
experiencia de aprendizaje significativa y motivadora. Esto se
consigue mediante el uso de vídeos, juegos educativos, lecturas
cortas y actividades que animan a los estudiantes a continuar sus
estudios e investigar más sobre los conocimientos adquiridos. El
método pretende emular situaciones reales del sector productivo.
Palabras claves— Didácticas contemporáneas,
enseñanza/aprendizaje, formación holística, máquinas eléctricas,
integración de conocimiento.
Este manuscrito fue enviado el 29 de octubre de 2020 y aceptado el 30 de
noviembre de 2021. Este trabajo fue financiado por la Universidad Nacional de
Colombia en el marco de la tesis de maestría "Método de enseñanza/aprendizaje
de los sistemas de energía eléctrica actuales con base en una plataforma
experimental" y se desarrolló en el Laboratorio de Máquinas y Medidas
Eléctricas de la Facultad de Minas.
I. INTRODUCTION
N la actualidad, la industria requiere ingenieros
electricistas y profesionales afines que posean una
visión holística de los sistemas de energía eléctrica (SEE); sin
embargo, la mayoría de los programas de formación que poseen
componente práctica, aún enseñan los conceptos del sistema de
energía eléctrica desagregados. Esta situación restringe la
capacidad de retención del conocimiento de los estudiantes que
no ven la importancia de su profesión en los diferentes campos
de acción [1], al igual que los egresados de los programas con
currículos tradicionales, adquieren una visión limitada de los
SEE. También se puede observar que la falta de unificación de
los conceptos en el laboratorio, expone la carencia de relación
entre los conocimientos del SEE en los programas de
ingeniería, sin ofrecer suficientes competencias para el
desempeño profesional de los egresados [2].
Como consecuencia, y dado que la formación práctica es un
complemento fundamental a la teoría vista en clase, los
laboratorios deberían ser componentes integradores de
conceptos. En muchas instituciones no se ha logrado este
enfoque, pero existen algunos acercamientos, que han obtenido
resultados como la agrupación de temas que integran una red
eléctrica inteligente, electrónica de potencia, análisis de
sistemas de potencia y máquinas eléctricas [3]. Así mismo, los
estudiantes de ingeniería muchas veces se ven desmotivados en
sus carreras porque no ven como su participación profesional
aporta a brindar soluciones al entorno en que se desempeñan y
muchas veces la falta de orientación, se ve plasmada en los
cursos que se imparten de manera tradicional sin lograr cautivar
su atención [4].
Por otra parte, las bajas tazas de graduandos en programas de
ingeniería aumenta en Colombia, como lo han advertido
agremiaciones como la sociedad antioqueña de ingeniería y la
asociación colombiana de facultades de ingeniería, indicando
que cada año hay una disminución de ingenieros en el país [5].
Hay que mencionar, que esta situación también se vive en
países como Estados Unidos, donde los estudiantes optan por
A.J. Saavedra-Montes trabaja en la Universidad Nacional de Colombia, Carrera
80 No 65-223 - Facultad de Minas, Medellín - Colombia (e-mail:
ajsaaved@unal.edu.co).
G.J. Sánchez-Zuluaga trabaja en la Universidad Nacional de Colombia, Carrera
80 No 65-223 - Facultad de Minas, Medellín - Colombia (e-mail:
gjsanchezz@unal.edu.co).
Método de enseñanza/aprendizaje aplicado a los
sistemas de energía eléctrica
A. J. Saavedra-Montes ; G. J. Sánchez-Zuluaga
DOI: https://doi.org/10.22517/23447214.24546
Artículo de investigación científica y tecnológica
Teaching/learning method applied to electrical energy systems
E
Scientia et Technica Año XXVII, Vol. 27, No. 01, marzo de 2022. Universidad Tecnológica de Pereira
8
carreras diferentes a las ingenierías eléctrica e informática
(ECE), en gran medida, debido a deficiencias en el plan de
estudios de dichos programas. Un estudio reveló el incremento
de graduandos en otras carreras profesionales, y una
disminución de un 15% de estudiantes interesados en ECE,
considerando además que, tan solo el 50% que inicia estas
ingenierías las terminan [6]. Esta problemática se observa en
diferentes instituciones, planteando como principal causa la
deserción derivada de las falencias de la estructura misma de
los cursos tradicionales, carentes de una idea general de cómo
los conceptos básicos se unen para formar la base de la
innovación en ingeniería [1].
En [7] se presenta un método de tres pasos para resolver
algunos de los problemas de la enseñanza práctica, destacando
el uso de videoclips sobre experimentos realizados en un
laboratorio de ingeniería. Por otro lado, existe el reto de atender
a la población de estudiantes que poseen múltiples ocupaciones,
e.g. estudiantes que combinan el estudio con el trabajo, quienes
se ven afectados debido a que tradicionalmente las prácticas son
atendidas en las instalaciones de los laboratorios limitando su
asistencia. Por esta razón se creó un laboratorio disponible las
24 horas para realizar prácticas de manera remota, incluyendo
un banco de trabajo con una máquina sincrónica acoplada a una
DC, permitiendo la medición y control de las variables a través
de una interfaz sobre la plataforma Moodle [8]. Asimismo, los
autores de [9] presentan un método de aprendizaje donde se
combina la enseñanza presencial con la tecnología no
presencial llamado Blended learning (B-learning). Este método
es usado en el desarrollo de un laboratorio virtual de máquinas
eléctricas apoyado en el uso de Labview Web Server, al que
pueden acceder de manera remota los estudiantes.
Los autores de [10] investigan la relación entre los
experimentos e instalaciones para determinar la satisfacción de
los estudiantes en el laboratorio. Es claro que motivar a los
estudiantes de ingenierías y promover la adquisición de
competencias relevantes es un reto, y que, en la actualidad es
aún más complejo debido a la alta generación de información
mundial. Esta situación fue usada a favor con la creación de
píldoras de aprendizaje, que son enviadas a los estudiantes
durante la clase a sus celulares, y son creadas por los mismos
docentes. Las píldoras constan de un corto ejercicio que debe
ser resuelto por el estudiante individualmente, contemplando
los principales conceptos que se ven a través de la clase. Los
autores aseguran que con este método se incrementó el interés
por los cursos probados en un 58% [11]. Precisamente, los
estudiantes modernos, que crecieron con smartphones y
conectados a redes sociales y videojuegos, son diferentes a los
profesores que los están formando. Por lo tanto es preciso
analizar las necesidades de la industria, para lograr
metodologías multimodales de aprendizaje, que contemplen
prácticas de laboratorio, asistencia por computadora y
resolución de problemas de manera analítica, para lograr la
formación del ingeniero del futuro [12].
El objetivo de este artículo es presentar las etapas de diseño
de un método de enseñanza/aprendizaje llamado Prácticas
Integradoras de Conocimientos y Articulación de Recursos
(PICAR). El método utiliza metodologías y técnicas
contemporáneas, enfocadas en el estudiante, incorporando
videos y lecturas cuyo propósito pedagógico está centrado en la
forma de aprender del estudiante moderno, y la mediación
tecnológica como herramienta para el proceso cognitivo,
además del uso de la didáctica afectiva con juegos diseñados
para ayudar a la retención de contenidos. La mayor
contribución del método propuesto es la integración de
diferentes áreas de conocimiento en una sola práctica,
articulando los recursos de laboratorio con técnicas
pedagógicas y herramientas para la gestión de aprendizaje y
contenidos.
El resto del artículo está organizado como sigue. En la
Sección II se presentan las etapas que componen el método
PICAR, las cuales involucran a los estudiantes y al profesor. El
procedimiento para producir las prácticas que integren
conocimientos se presenta en la Sección III. Un ejemplo de
cómo producir una PICAR se muestra en la Sección IV. Las
conclusiones se presentan en la sección V y las referencias
cierran el artículo.
II. PRÁCTICAS INTEGRADORAS DE CONOCIMIENTOS Y
ARTICULACIÓN DE RECURSOS PICAR
El principal objetivo del método es articular diferentes áreas
de conocimiento con los recursos de un laboratorio, generando
en el estudiante una visión holística de los SEE. Este método
consta de tres secciones: Prelaboratorio, Laboratorio y
Poslaboratorio, en cada una se definen los momentos
pedagógicos que realizará el estudiante, cumpliendo con el
objetivo trazado para cada sección. Es necesario que exista un
momento introductorio para preparar al estudiante en el manejo
de la instrumentación, equipos, componentes y las normas de
seguridad del laboratorio, así como el uso de los espacios y otra
información que el docente considere importante incluir. A
continuación, se exponen los momentos pedagógicos
precisando su objetivo de aprendizaje y la guía que seguirán los
estudiantes.
A. Momento pedagógico introductorio
En este momento se presentan temas propios del curso como
son: la rúbrica de evaluación, las normas de seguridad, la
temática del curso y toda aquella información que el docente
crea pertinente. También se presenta la plataforma
experimental que usarán los estudiantes en la sección de
laboratorio y servirá como eje del desarrollo de las prácticas. El
momento pedagógico introductorio consta además de una
actividad lúdica para descubrir el funcionamiento general de la
estación de trabajo por medio de un juego que deberá ejecutar
cada estudiante del grupo de trabajo y posteriormente, resolver
un cuestionario de 5 preguntas, cuyo objetivo es conocer cada
instrumento del banco de trabajo, el modo de uso y la operación.
B. Prelaboratorio
El objetivo de esta sección es generar en el estudiante una
visión holística de la práctica, brindándole al estudiante las
herramientas necesarias para proponer un esquema de montaje
que ejecutará en la experimentación física en el laboratorio.
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Esta sección cuenta con cinco momentos pedagógicos basados
en las siguientes técnicas modernas: aprendizaje activo, auto
ritmo, gamificación i.e. volver lúdicas las lecciones,
aprendizaje entre pares y realimentación instantánea. Cada
momento pedagógico de la sección prelaboratorio es de
obligatorio cumplimiento y son descritos a continuación.
1) Visulización de videos
Se busca alcanzar la comprensión mediante un proceso
cognitivo autónomo, el cual hace parte de la técnica de
aprendizaje activo. La selección de dos videos por temática
tratada con contenidos acorde a lo que pretende explicarse,
pueden ser de producción personal o de otro autor que no violen
las políticas de derechos de autor. Sin embargo, es importante
revisar aspectos de diseño de los videos, tales como, la
narración, la duración y la relevancia del tema. Estos factores
influyen en la manera en que aprenderá el estudiante y como
responden a la técnica utilizada [13].
La duración sugerida es de 7 min, sin que supere los 9 min.
Los autores de [14] explican que en cursos tipo MOOC
(Massive open online course), la participación de los
estudiantes tiende a alcanzar su punto máximo alrededor de los
6 minutos y allí dependerá del contenido si la atención decae.
2) Juego didáctico.
La gamificación, es un término complejo y diverso que
depende del ambiente, si es académico o empresarial. La
gamificación busca identificar de manera concreta la lúdica
como experiencia de aprendizaje. El propósito de un juego
didáctico es aprovechar las características atractivas del juego
y agregar un mensaje, una actividad o una tarea específica para
transmitir conocimiento, mediante enseñanzas afectivas
relevantes [15].
La lúdica representa una mezcla perfecta entre el aprendizaje
y el ocio, donde el individuo se recrea mientras aprende, al
mismo tiempo que se incentiva su autoestima a través de una
experiencia significativa y motivadora. Es decisión del docente
si construye un juego o utiliza alguna de las múltiples
plataformas existentes sobre ayudas didácticas con estrategias
lúdicas, para lograr una buena retención por medio de una
didáctica de interés del estudiante, que lo retará como jugador
sin dejar de lado la característica de instrucción. El portal
educación 3.0, realizó un resumen con diferentes plataformas
educativas [16], que sirven como ejemplo al creador de la
instrucción, así como portales de juegos creados por diferentes
personas como itch.io [17].
3) Cuestionario
Al finalizar el juego, se requiere que el estudiante resuelva
un cuestionario con preguntas, cuyo objetivo es ayudar a
recordar los conceptos adquiridos en las actividades anteriores.
Este tendrá una realimentación instantánea mostrando la
calificación obtenida, y podrá ser repetido cuantas veces se
quiera para obtener el resultado deseado, un refuerzo positivo.
Esto cambia los momentos de enseñanza en resultados de
aprendizaje. Para realizar este cuestionario, existen diferentes
medios y depende si el docente está utilizando alguna
plataforma de gestión educativa, estas ya tienen esta
herramienta incorporada. Otra alternativa es con el correo
electrónico de Google, por medio de la llamada G suite y su
componente gratuito forms.
4) Foro de discusión.
La interacción entre pares es una tendencia a compartir el
conocimiento adquirido, como puede observarse en foros de
intercambio en temas específicos, logran la solución en
conjunto y alcanzan una invitación al trabajo en equipo. Una
vez finalizado el prelaboratorio, se espera que los estudiantes
adquieran una visión general de la práctica, así como una
introducción a los dispositivos, equipos y herramientas que
utilizará en el montaje en el laboratorio, logrando así una mejor
comprensión de los conceptos expuestos, reduciendo los
posibles accidentes e incrementar su habilidad para interactuar
con los elementos.
Una vez finalizado el prelaboratorio, se espera que los
estudiantes adquieran una visión general de la práctica, así
como una introducción a los dispositivos, equipos y
herramientas que utilizará en el montaje en el laboratorio,
logrando así una mejor comprensión de los conceptos
expuestos, reduciendo los posibles accidentes e incrementar su
habilidad para interactuar con los elementos.
Después de realizados los momentos, el grupo de estudiantes
plantea una propuesta de montaje que cumpla con los objetivos
de la práctica y la sube a la plataforma en el espacio dispuesto
para tal fin o se enviará por correo, esto hace parte de la nota
final obtenida de acuerdo a los porcentajes dispuestos por el
docente, quien debe también realizar una realimentación de éste
antes de realizar el montaje en el laboratorio.
C. Laboratorio
Esta sección es el núcleo de todo el trabajo propuesto, por
ello su propósito es materializar el montaje, comprobar,
registrar y recolectar los datos de la práctica propuesta
realizando las conexiones y la toma de datos necesarios para el
posterior análisis de los resultados obtenidos, con base en los
conocimientos adquiridos en el prelaboratorio llevando la teoría
a la práctica. El material generado en esta sección hace parte de
la entrega de los productos en la sección siguiente. Su
fundamento se basa en metodologías activas de aprendizaje,
específicamente, manos a la obra (hands-on), lo que conlleva a
una comprensión superlativa de los conceptos teóricos y un
aprendizaje significativo [1].
El grupo de estudiantes deberá, con base en la propuesta
realizada en el prelaboratorio y con la debida realimentación del
docente, realizar el montaje con las herramientas dispuestas en
el laboratorio y tomarán fotos, videos, producirán graficas con
el software y los equipos dispuestos en la estación de trabajo
que se observó en el prelaboratorio, registrando los datos y
escribirán 5 hitos ocurridos en la práctica. Esta colección de
datos sin analizar, debe ser asentada inmediatamente en la
plataforma o medio disponible para ello y será usada para
producir los 5 resultados del postlaboratorio, los cuales son
usados para alimentar la plataforma.
1) Fotos
El grupo de estudiantes tomará fotografías del montaje, lo
que servirá como evidencia del mismo y será material para lo
que pretende explicar de su montaje y posterior justificación de
los productos obtenidos.
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2) Videos
Algunos eventos que suceden en la práctica, no son
fácilmente registrados con los datos tomados o las gráficas
obtenidas por los equipos. Por esto se requiere de un video
corto, máximo 2 minutos, de algún suceso que el equipo de
trabajo considere relevante en su práctica.
3) Gráficos tomados de los equipos
Algunos equipos tienen la posibilidad mediante el software o
descargando por USB desde el mismo equipo, de generar
gráficas de los procesos que se están midiendo. Este material
hace parte de los productos solicitados en el poslaboratorio,
agregando valor y calidad al resultado.
4) Anotaciones
Las notas que el equipo de trabajo considere importantes,
tales como mediciones de variables, comportamiento de los
equipos y eventos, deben registrarlos en los hitos.
5) Hitos
Los sucesos que ocurran en la práctica con mayor relevancia,
se resumen en cinco hitos que el grupo de estudiantes
consignará en la plataforma o en el medio que disponga el
docente en un cuestionario de preguntas abiertas generadas
previamente por el docente, lo que ayuda a la explicación y
justificación del trabajo realizado.
D. Poslaboratorio
La intención de esta sección es reafirmar los conocimientos
adquiridos por los estudiantes, finalizando su proceso con la
entrega de cinco productos derivados de las dos secciones
anteriores, estableciendo lo que se considera como el informe
del laboratorio. Los productos consisten en los resultados
obtenidos en el laboratorio. Cada uno de los materiales, que fue
subido durante la práctica del laboratorio, deberá ser justificado
con un párrafo descriptivo. Es posible apoyar el proceso de
entrega del material facilitando a los estudiantes un formato que
puede estar albergado en la plataforma escogida por el docente
y será calificado posteriormente.
A continuación, se hace una descripción de lo que pueden ser
los cinco resultados obtenidos en la sección de laboratorio y lo
que será el entregable del grupo de estudiantes.
1) Fotos y videos
Las imágenes que tomó el grupo de estudiantes del montaje,
deben estar justificadas con un breve párrafo que explique las
fotos y constituye uno de los 5 productos obtenidos.
Algunos eventos son difícilmente percibidos si no es en el
mismo momento de la toma de datos como, por ejemplo, el
arranque de la máquina mostrando los decibeles medidos con
otro equipo quedando registrados sincrónicamente o en tiempo
real. El video corto debe ser de máximo 2 minutos, y también
debe tener la explicación por medio de un párrafo breve.
2) Gráficos tomados de los equipos
Los gráficos entregados por algunos equipos del laboratorio
agregan valor y calidad a los productos finales obtenidos, con
su debida justificación, se convierten en una forma muy valiosa
de explicar los fenómenos ocurridos durante la práctica.
3) Anotaciones
Las anotaciones que el equipo de trabajo considere
importantes, puede ayudarles a explicar el comportamiento de
los equipos y eventos y son materia prima para justificar los
productos a entregar en el poslaboratorio.
4) Hitos
Se resume en un formulario de cinco preguntas abiertas que
el equipo de estudiantes llenará en la plataforma o en el medio
que disponga el docente generadas previamente por él, lo que
ayuda a la explicación y justificación de los otros resultados
obtenidos i.e. fotos, gráficos, videos, etc.
En la Fig. 1, se presenta un resumen del método que seguirá
el estudiante y los pasos para aplicarlo, mostrando las tres
secciones: prelaboratorio, laboratorio y poslaboratorio, las
actividades que debe hacer en cada una y el objetivo que busca
cumplir cada sección.
Fig. 1. Esquema que representa el método Practicas Integradoras de
Conocimientos y Articulación de Recursos.
III. IMPLEMENTACIÓN DEL MÉTODO PICAR
El docente debe usar su experiencia, capacidad de búsqueda
y conocimiento para saber qué áreas pueden ser integradas. El
profesor es el planificador e instructor y debe alimentar la
plataforma interactiva o enviar la información de los contenidos
a los estudiantes y hacer su seguimiento.
Se definen tres etapas de diseño para orientar al docente en la
construcción del material de instrucción con base en el método
propuesto, a saber: la búsqueda, la correlación de contenidos y
la consolidación de las prácticas, lo que dará como resultado la
materia prima para las actividades de los estudiantes, como se
presenta en la Fig. 2, con un diagrama de flujo que agrupa el
proceso realizado para la obtención de material didáctico que
alimentará la plataforma.
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Fig. 2. Diagrama de flujo que muestra el método que debe seguir el docente
para proponer las prácticas.
A. Búsqueda, clasificación y selección de asignaturas
En esta etapa el docente identifica cuales son las áreas que
aborda la carrera, utilizando un posible criterio como emular
integraciones que los estudiantes encontrarán en la industria al
graduarse. Realizará la búsqueda, clasificación y selección de
asignaturas a integrar, determinando los recursos de laboratorio
que requiera para las prácticas de acuerdo a la temática y
delimita las áreas de conocimiento que desea relacionar. Una
vez elige cuales, y cuantas áreas de conocimiento quiere
integrar, procede a listar las asignaturas de cada una; además,
realiza el listado de recursos de laboratorio que requiere para el
correcto desarrollo de las futuras prácticas.
B. Correlación de contenidos
En esta etapa se relacionan los contenidos de las asignaturas
seleccionadas listándolos de acuerdo a las asignaturas que
escoge el docente en la etapa de búsqueda con el objetivo de
cruzar posteriormente los contenidos entre áreas y así lograr
relacionarlas en la etapa de consolidación, adicionando los
recursos de laboratorio que necesitan. Como resultado se listan
las temáticas por cada área de conocimiento de las asignaturas
escogidas y se relacionan los contenidos, nuevamente
seleccionados, para obtener las nuevas prácticas integradoras.
C. Consolidación de las prácticas
Mediante la selección y cruce de contenidos con los recursos
necesarios del laboratorio, se llega a las nuevas prácticas del
laboratorio y se obtienen las necesidades puntuales de cada
momento pedagógico, es decir, la selección del material de cada
momento con base en la temática consolidada. Con este paso
resuelto, el docente puede proceder a seleccionar y/o construir
los contenidos que tendrá cada momento pedagógico, como los
videos, las lecturas, el juego didáctico, el cuestionario y el foro
de discusión. De igual forma el profesor puede plantear las
preguntas hito que ayudarán a la justificación de los productos
que entregará el grupo de estudiantes en la sección de
poslaboratorio. En la Fig. 3 se muestra cómo se ejecutan las tres
etapas anteriormente explicadas para consolidar las prácticas
integradoras.
IV. GENERACIÓN DE PRÁCTICAS INTEGRADORAS DE
CONOCIMIENTOS Y ARTICULACIÓN DE RECURSOS
En esta sección se presenta la aplicación del método a un caso
de estudio en la Universidad nacional de Colombia, usando tres
áreas de conocimiento afines a la carrera de ingeniería eléctrica
e ingeniería de control, soportadas en una estación de trabajo
del Laboratorio de Máquinas y Medidas Eléctricas. Para definir
las PICAR que serán aplicadas a los estudiantes en el
laboratorio, se revisaron los contenidos de asignaturas que
tuvieran componentes experimentales. Los cursos analizados
se muestran en la Tabla I.
El método inicia con la selección de las áreas a integrar,
gracias a la experiencia del instructor que este aplicando el
método. El seguimiento de las tres etapas de la metodología de
diseño, como se observó en la sección anterior, dará como
resultado los componentes para las actividades de los
estudiantes.
TABLA I.
LISTADO DE ASIGNATURAS CON COMPONENTE PRÁCTICO
Electrónica y
telecomunicaciones
(Área de conocimiento
1)
Sistemas de energía
eléctrica
(Área de conocimiento
2)
Automatización,
control e
instrumentación
(Área de conocimiento
3)
Electrónica análoga i
Análisis de circuitos
eléctricos i
Señales y sistemas
lineales
Electrónica análoga ii
Análisis de circuitos
eléctricos ii
Control: entrada-salida
Electrónica digital
Laboratorio de
circuitos eléctricos
Automatización de
sistemas eléctricos
Telecomunicaciones
Teoría
Electromagnética
Instrumentación y
medidas
Procesamiento de
señales
Modelado de líneas de
Transmisión
Automatización de
procesos
Fundamentos de
electrónica de potencia
Maquinas eléctricas i
Automatización
integrada
procesadores
Maquinas eléctricas ii
Redes teleinformáticas
i
Fig. 3. Listado y correlación de contenidos.
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Sistemas en tiempo
real
Laboratorio de
máquinas eléctricas
Redes teleinformáticas
ii
Comunicaciones
digitales
Instalaciones eléctricas
industriales y
residenciales
Redes teleinformáticas
ii
Taller V (Electrónica
digital y
microcontroladores)
Sistemas de
generación de energía
eléctrica
Comunicaciones
inalámbricas y redes
de sensores
Análisis de sistemas
de potencia
Fundamentos de fibras
ópticas
Sistemas de
protecciones eléctricas
Diseño de redes de
transmisión y
distribución
Luego de listar las asignaturas y los recursos que se
encuentran en el laboratorio se procedió a la correlación de
contenidos cruzando aquellos que, bajo los parámetros
establecidos, cumplieran con el objetivo integrador, obteniendo
así tres PICAR, como se observa en la Fig. 4.
Fig. 4. Consolidación de las PICAR.
A. PICAR 1: Caracterización y arranque de un motor
sincrónico
En la primera PICAR diseñada se integraron los componentes
de automatización de sistemas eléctricos, laboratorio de
máquinas eléctricas y procesamiento de señales, obteniendo el
arranque directo de una máquina sincrónica por medio de un
automatismo que limita la corriente de campo y se construye la
caracterización externa de un generador sincrónico acoplado
mecánicamente, excitándolo al valor nominal en sus terminales,
y determinando el contenido armónico de los voltajes de fase y
de línea en vacío y con el 50% de carga. La obtención del
contenido armónico se realizó a través de un procesamiento de
señales con la transformada de Fourier medida en sus
terminales y procesada con un software para tal fin. En
resumen, se intentó emular una parte de la identificación de la
calidad de energía entregada a una red eléctrica, mecanismo
utilizado por la industria.
B. PICAR 2: Parametrización, modelado y control de un
generador sincrónico
Los elementos prácticos unificados en la segunda PICAR
fueron control entrada-salida, laboratorio de máquinas
eléctricas y electrónica análoga. Es posible modelar el
generador sincrónico con el método de curva de reacción. Este
modelo se implementa con amplificadores operacionales, al
cual se le diseña un controlador que también se implementa con
amplificadores. El controlador puede ser diseñado para regular
el voltaje en terminales del generador sincrónico cuando opera
aislado de la red eléctrica. Esta práctica integra todo el proceso
que se necesita para controlar el voltaje en terminales de un
generador sincrónico que opera aislado de la red eléctrica.
C. PICAR 3: Desarrollo de un sistema de medición de
potencia activa aplicado a un sistema de generación con
carga
En esta práctica se lleva a los estudiantes ante una situación
real de diseño, unificando conceptos de instrumentación y
medidas, laboratorio de circuitos y procesadores, para diseñar
un medidor programado por los estudiantes con una tarjeta
electrónica embebida en lenguaje de programación C. El
medidor debe registrar la potencia activa del sistema de
generación con carga y su resultado se contrasta con un medidor
comercial instalado en la instrumentación del banco de trabajo.
Estas prácticas ponen a prueba diferentes áreas de
conocimiento y experticia del estudiante, logrando reunirlas
para que el conocimiento adquirido de los sistemas de energía
eléctrica sea global u holístico.La mediación de las prácticas
se realiza por medio de un sistema de gestión de aprendizaje y
contenidos alojado en los servidores de la Universidad Nacional
de Colombia bajo la plataforma Moodle, con material diseñado
por los autores. Las Fig. 5, Fig. 6 y Fig. 7, muestran pantallas
de la plataforma Moodle, donde se han subido los contenidos
de las tres prácticas diseñadas.
Fig. 5. Vista general de la agrupación de contenido de las PICAR en la
plataforma de gestión de enseñanza Moodle.
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13
Fig. 6. Visualización del contenido agrupado en la sección de prelaboratorio
para la PICAR 1.
Fig. 7. Visualización del contenido agrupado en la sección de laboratorio y
poslaboratorio, además se visualizan algunas actividades introductorias.
V. CONCLUSIONES
La necesidad de estrategias innovadoras de
enseñanza/aprendizaje son más importantes ahora que nunca.
Pero en la actualidad los cursos con componente práctico se
imparten de manera independiente, y la razón principal es la
estructura misma de las carreras universitarias. En este artículo
se presentó el método de enseñanza/aprendizaje PICAR, el cual
está conformado por dos partes, el método que se aplica al
estudiante y el método que debe seguir el docente.
En el método que sigue el estudiante se introducen los
momentos pedagógicos basados en técnicas didácticas
contemporáneas como el aprendizaje activo, auto-ritmo y la
gamificación, estructurado por tres secciones: prelaboratorio,
laboratorio y poslaboratorio. La segunda parte muestra el
método que debe seguir el docente o instructor para elaborar la
temática y el material necesario para las PICAR, con base en su
formación y bajo el criterio de su experiencia para determinar
que contenidos puede integrar y articular con los recursos del
laboratorio que considere necesarios.
El método propuesto cumple con las especificaciones de
planificación de prácticas desde la perspectiva docente hacia la
experimentación integral que los estudiantes requieren en su
formación como futuros profesionales en campos laborales
cada vez más heterogéneos y diversos, es decir, con un
conocimiento holístico.
Los resultados de este estudio tienen el potencial para futuras
investigaciones en el campo, modificaciones curriculares o
implementación de nuevos cursos con contenido práctico, que
incluya experimentación basada en diferentes áreas de
conocimiento, incluso de áreas más heterogéneas.
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Scientia et Technica Año XXVII, Vol. 27, No. 01, marzo de 2022. Universidad Tecnológica de Pereira
14
Gabriel Jaime Sanchez Zuluaga Nació
en Medellín, Colombia, 1983. Recibió el
título de Ingeniero electrónico de la
Universidad Nacional Abierta y a
Distancia, en 2017. Es Master en
Ingeniería Eléctrica de la Universidad
Nacional de Colombia. Sus intereses en
investigación son la educación en
ingeniería, el diseño y control de sistemas
de almacenamiento de energía, sistemas de energía renovable y
soluciones de diseño y control electrónico.
ORCID: https://orcid.org/0000-0002-2529-5082
Andrés J. Saavedra-Montes nació en
Palmira, Colombia, en 1974. Obtuvo el
titulo de ingeniero electricista de la
Universidad del Valle en 1998. Es Master
en sistemas de generación de energía
eléctrica y Doctor en Ingeniería de la
misma universidad. Actualmente es
profesor asociado en la Universidad
Nacional de Colombia. Entre sus
intereses de investigación están el análisis de los sistemas
eléctricos, la enseñanza en ingeniería, la calidad de la potencia,
las fuentes renovables de energía y las máquinas eléctricas.
ORCID: https://orcid.org/0000-0003-0447-4716