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“La integración de frutas y verduras en un circuito eléctrico no es una práctica frecuente; esto detona la curiosidad natural de los estudiantes por entender los fenómenos que ocurren”.
Ante la ausencia de una experiencia de aprendizaje vivencial en un laboratorio físico, existen alternativas que permiten simular a detalle el comportamiento de circuitos eléctricos aplicados en las materias fundamentales de ingeniería eléctrica. En este artículo presentamos algunas opciones de simuladores que nos permiten practicar los conceptos aprendidos en la clase para una mejor comprensión, haciendo uso de elementos caseros para analizar los resultados obtenidos al realizar mediciones de voltaje sobre limones, naranjas, peras y papas. Estos elementos permiten generar pequeñas diferencias de potencial cuando interaccionan con algunos materiales metálicos basado en la teoría de la electroquímica.
El propósito de los laboratorios de electrónica es que los alumnos desarrollen capacidades de análisis y diseño a través de la construcción de circuitos electrónicos. Los estudiantes aplican sus conocimientos teóricos en la integración de materiales y componentes eléctricos como resistencias, capacitores, inductores e instrumentos de medición y generación de energía como fuentes, multímetros, generadores de función, etc., en tablillas de prueba conocidas como protoboards. Hasta crear una configuración o topología particular denominado circuito eléctrico. En este ejercicio, los alumnos determinan los parámetros de cada componente, por ejemplo: el voltaje entre sus terminales, la corriente que circula a través del dispositivo y la potencia absorbida o generada correspondientemente.
Pero ¿qué sucede si de repente no tienen acceso a estos instrumentos y materiales eléctricos? ¿Cómo darles un sentido práctico a las actividades desarrolladas en clase? Teniendo esto en mente, rediseñamos las prácticas de laboratorio considerando el software disponible en línea y los materiales a los que se pudieran tener acceso desde casa.
«El aprendizaje tiene lugar a través del comportamiento activo del estudiante: es lo que él hace por lo que aprende, no lo que hace el profesor» – Ralph W. Tyler
Cuando se trabaja con laboratorios virtuales, la dinámica de clase debe transformarse y enfocarse en extender el tipo y variedad de aplicaciones que se pueden desarrollar con los conceptos vistos en clase. El diseño de ejercicios puede incorporar elementos mucho más complejos que permitan contrastar diversas alternativas de solución, explorar propuestas no convencionales y compararlas con las tradicionales a través del uso de simuladores que nos permiten modificar parámetros y enfocarnos en la discusión de las variantes obtenidas.
Diseño de ejercicios para laboratorios virtuales usando simuladores
Como primera aproximación sugerimos emplear simuladores que proporcionen una representación visual de la operación de los elementos eléctricos con mucho parecido a los componentes físicos, pero que desafortunadamente cuentan con pocas alternativas para analizar el comportamiento de una variable a lo largo de un lapso de tiempo. Este tipo de simuladores se enfoca más en generar una vivencia de los alumnos en la manera como se conectan y se observan los circuitos en la vida real, con una funcionalidad muy acotada en el análisis de las variables.
Imagen 1: Ejemplo de simulador Tinkercad.
La segunda alternativa más popular es el empleo de interfaces especializadas en las que se crea un diagrama esquemático, que se parece más a los circuitos eléctricos explicados en los libros de texto que a los circuitos físicos conectados en un protoboard. Sin embargo, la cantidad de herramientas para realizar la edición de los elementos (desde su inserción en el editor, variación de valores, diversidad de funciones, parametrización de operación, etc.) permiten realizar una simulación muy cercana al comportamiento medido en los circuitos eléctricos con instrumentos reales, aunque el diagrama diste mucho de parecerse a ello.
Imagen 2: Ejemplo de simulador Multisim.
En la tercera alternativa, se tiene la oportunidad de realizar la edición combinada de un esquemático, pero en algunos casos los diagramas que representan a los instrumentos de generación, despliegue y medición de las variables eléctricas cuentan con una alta semejanza en su interfaz, configuración y operación (aunque de manera virtual) con los instrumentos reales, proporcionándole al alumno la sensación de estar empleando los instrumentos físicos de un laboratorio.
Imagen 3: Ejemplo simulador vs instrumentos de laboratorio.
Una vez comprendidos los conceptos de voltaje, corriente y resistencia desarrollados en clase a través de los simuladores, es importante relacionarlos con su entorno, para ello se eligieron algunos elementos disponibles en casa, particularmente el empleo de frutas y verduras que, al entrar en contacto con materiales de cobre y zinc, permitieran generar una diferencia de potencial por la oxidación-reducción que puede ser medida con el apoyo de un multímetro.
Imagen 4: Medición de diferencia de potencial generado por frutas.
La creación de distintas configuraciones serie, paralelo con frutas y verduras permite ampliar el análisis hacia los conceptos de las leyes de Kirchhoff aplicados a mallas eléctricas, incorporando términos como voltaje de circuito abierto, corriente de cortocircuito, etc., que conducen a otros temas tales como el teorema de Thevenin, linealidad y transferencia máxima de potencia, entre otros, lo cual nos permite regresar al empleo de los distintos simuladores para la validación de los conceptos eléctricos y reforzar el aprendizaje del alumno en su proceso de análisis.
Aprendizajes adquiridos con el uso de simulaciones
La generación de una diferencia de potencial a través de elementos naturales como son las frutas es una práctica poco frecuente con los estudiantes, situación que detona una curiosidad natural por entender los fenómenos que la producen, lo que les permite disfrutar, apreciar y corroborar los principios eléctricos a través del proceso de generación, medición e interpretación de las variables correspondientes.
La primera impresión de los alumnos al conocer que se trabajaría con elementos caseros fue de incertidumbre, al no tener una idea clara de cómo se podría producir electricidad con frutas y cómo se relacionaría con los conceptos teóricos. Sin embargo, precisamente el proceso de generar y medir variables eléctricas con el uso de estos elementos naturales, dieron oportunidad de realizar discusiones más generales de los principios eléctricos y lograr una mayor claridad de lo que sucede con las mediciones realizadas.
Se observó una mayor comprensión de los temas al revisar los conceptos y asociarlos con su aplicación práctica, motivando continuamente a que los diseños y descripción de lo realizado por los alumnos se expresaran en propias palabras. Además, se observó una gran disposición en el desarrollo de este tipo de actividades, con una notable satisfacción por los logros obtenidos. En el aspecto operativo una de las condiciones necesarias para una experiencia exitosa es contar con un multímetro por cada uno de los alumnos, el cual debe solicitarse con la anticipación pertinente.
Para concluir nos gustaría recordar la frase de Ralph W. Tyler (1949): «El aprendizaje tiene lugar a través del comportamiento activo del estudiante: es lo que él hace por lo que aprende, no lo que hace el profesor»; el profesor debe fungir como guía y facilitador en el proceso de enseñanza-aprendizaje.
Esta frase nos deja en claro que el alumno debe ser el actor principal de este proceso, por lo que debemos que innovar en este tipo de actividades en el Modelo Flexible y Digital del Tec de Monterrey. Invitamos a explorar el empleo de diferentes simuladores en combinación con el uso de elementos cotidianos del hogar en el aprendizaje de circuitos eléctricos, apoyados en un instrumento de medición.
Acerca de los autores
Ramona Fuentes Valdéz (rfuentes@tec.mx) es profesora en el área de Computación y Matemáticas e imparte cursos de capacitación docente. Recibió el premio Profesor Inspirador 2017 en el Tecnológico de Monterrey, Campus Cuernavaca.
Pedro Nájera García (pedro.najera@tec.mx) es profesor de diversas materias en el área de Electrónica, Computación y Mecatrónica. Recibió el premio Profesor Inspirador 2016 en el Tecnológico de Monterrey, Campus Cuernavaca.
Edición por Rubí Román (rubi.roman@tec.mx) – Observatorio de Innovación Educativa
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Este artículo del Observatorio del Instituto para el Futuro de la Educación puede ser compartido bajo los términos de la licencia CC BY-NC-SA 4.0 
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