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Revista Electrónica Iberoamericana de Educación en Ciencias y Tecnología— Numero 18 Diciembre 2019. Página 20

PROPUESTA PEDAGOGICA EN CIENCIAS

EXPERIMENTALES: MODELIZANDO EL MARCAPASO

CARDIACO

Navarro, Silvia Inés1; Nieva, César Rubén2; Bulacios, Hector Hugo3; Juarez Gustavo

Adolfo1

1Facultad de Ciencias Exactas y Naturales – Avda. Belgrano N° 300 - 2Instituto de Estudios Superiores “José Cubas”. San Isidro. Valle Viejo - 3Facultad de Ciencias de la Salud – Maestro Quiroga N°100.

[email protected]

Resumen

En esta propuesta pedagógica se distingue entre los procedimientos de las

ciencias experimentales y los contenidos procedimentales, siendo el recurso

más importante para el aprendizaje: la experimentación. Por lo tanto, se

pretende que los alumnos construyan su conocimiento sostenido en la

investigación realizada acorde con la comunidad científica, y atribuyéndoles

un protagonismo importante en la reconstrucción de sus conocimientos

posibilitándole modelizar el comportamiento de un sistema electrónico

(marcapaso cardiaco) mediante la carga y descarga de un capacitor

dependiente de factores dinámicos del sistema.

Palabras Claves: Modelizacion Matematica, Experimento, Bioelectricidad,

Marcapaso Cardiaco, Aprendizaje.

mailto:[email protected]

Navarro, Silvia Inés; Nieva, César Rubén; Bulacios, Hector Hugo; Juarez Gustavo Adolfo - Propuesta pedagógica en ciencias experimentales: Modelizando el marcapaso cardiaco


PEDAGOGICAL PROPOSAL IN EXPERIMENTAL

SCIENCES: MODELING THE CARDIAC PACEMAKER

Abstract

In this pedagogical proposal, a distinction is made between experimental

science procedures and procedural contents, being the most important

resource for learning: experimentation. Therefore, it is intended that students

build their sustained knowledge in research conducted in accordance with the

scientific community, and attributing an important role in the reconstruction

of their knowledge enabling modeling the behavior of an electronic system

(cardiac pacemaker) by loading and discharge of a capacitor dependent on

dynamic factors of the system.

Key Words: Mathematical Modeling, Experiment, Bioelectricity, Cardiac

Pacing, Learning.



Introducción

El término pedagogía etimológicamente proviene de estar relacionado

con el arte o ciencia de enseñar. La palabra proviene del griego antiguo paidagogós,

el esclavo que traía y llevaba niños a la escuela. De las raíces “paidos” que es niño

y “gogía” que es llevar o conducir. No era la palabra de una ciencia. Se usaba sólo

como denominación de un trabajo: el pedagogo que consistía en la guía del niño;

también se define como el arte de enseñar. (Romero Barea, 2009, p.2)

La pedagogía tiene por objeto el aspecto sistemático de la actividad

humana conductora de las acciones educativas y de formación. Como toda

actividad humana, tiene sus principios y sus métodos; define una función humana,

describe una conducta específica, socialmente construida, principalmente en la

escuela y en las instituciones formadoras. La pedagogía participa en los cambios y

evoluciones a las que estamos asistiendo; sin embargo, la pedagogía tiene también

su propia historia y su propia cultura: la de las prácticas, la de las maneras de pensar

y las de sus propios modelos. Ella contribuye a la profesionalización del docente.

(Gómez Mendoza, 2011)

Por tanto, si partimos del postulado básico de la pedagogía cognitiva en

la que establece, “la sociedad actual se caracteriza por la generación, desarrollo y

difusión del conocimiento. Los cambios humanos son de tal calidad y calibre que

han provocado una verdadera revolución científica y social sólo comparable -para

algunos, incluso, superior- a las previas revoluciones industriales”. Si cada estado

de cosas requiere un tipo de pedagogía, una escuela, ¿qué tipo de pedagogía

requieren los tiempos actuales? Esta pregunta tiene diversos significados: 1°) cada

sociedad implica un tipo de educación, crea un tipo de escuela y alienta una forma

de pensar la educación (Astolfi J.P., Giodan A., Aohau G., Host V., Martinand J.L.,

Rumelhard G., Zadounaïsky G., 1978); 2°) el progreso de la ciencia produce cambios

en la estructura del pensamiento (Heisenberg, 1974); 3°) la nueva sociedad, y la

evolución de la ciencia y de la tecnología como construcciones sociales, requiere

una nueva pedagogía. En la base de este postulado, se considera que el proceso de

aprendizaje humano responde no sólo a una especie de diseño genético, sino de



modo principal y aún más significativo a un diseño cultural. A un diseño que toma

cuerpo en el cerebro humano, máximo modelo y exponente de un sistema

complejo (Asensio, 1997). El aprender no expresa únicamente un mecanismo o

propiedad adaptativa al entorno, función que los humanos compartimos con otros

animales, sino que, sobre todo es una propiedad atributiva. Por el aprender, y por

lo que aprendemos, cuando este aprendizaje es verdaderamente humano,

logramos incrementar nuestra competencia como hábiles intelectuales, seres

capaces de atribuir, tanto a nosotros mismos como a los demás, diversos estados

mentales como base de nuestra conducta y acción. Ello hace posible no sólo la

comunicación con los demás, sino mejorar nuestra habilidad para elaborar criterios

y descubrir significado al mundo. A través del aprendizaje nos incorporamos, a la

cultura humana y generamos nuevas formas de aprendizaje humano. De este

modo, cada sociedad y cada cultura es creada por los procesos humanos de

aprendizaje y, a su vez, genera nuevas formas de aprendizaje, es decir, una

verdadera cultura de aprendizaje. (Vázquez Gómez, Bárcena Orbe, 1991). En la que

se caracteriza el aprendizaje significativo cuyo concepto central se basa en los

desarrollos teóricos de Ausubel (y posteriormente Novak) quienes lo plantean

como “un proceso durante el cual la persona que aprende relaciona

voluntariamente, de manera sustancial y no arbitraria la nueva información con

conceptos relevantes de su estructura cognitiva”. (Salzano Masini & Moreira, 2017,

p.13-17)

Objetivo

Generar actividades didácticas como resultados de trabajos

experimentales y de modelización que aporten a la enseñanza de conceptos

físicos-biológicos con el fin de propender a un aprendizaje significativo.

Referente teórico

Las corrientes pedagógicas contemporáneas responden al reclamo

social de una formación que les permita a los sujetos resolver problemas de



diferente índole de manera autónoma, esto significa, poder enfrentar la búsqueda

de soluciones, encontrar una respuesta y tener algún control sobre ésta, dado que

en la mayoría de los casos, los problemas que se presentan implican encontrar

respuestas nuevas a preguntas también nuevas. Las repercusiones de las

corrientes pedagógicas contemporáneas van más allá de lo convencional, quizás

su mayor aporte, y a riesgo de cometer una sobre simplificación, la pregunta más

importante que han planteado estas tendencias es considerar ¿si la educación debe

dedicarse a transmitir los saberes científicos establecidos?, o bien ¿debe

preocuparse por desarrollar una nueva forma de concebir y representar el mundo,

más allá de la forma en que inicialmente los alumnos lo ven? (Cerezo Huerta, 2006,

p.3)

Uno de los referentes más representativos de la llamada Escuela Nueva

y de la pedagogía de nuestro tiempo en que se discute y gesta una reforma

educativa, son la ideas de John Dewey (1859-1952) donde su pragmatismo

filosófico con el intelectualismo y con la enseñanza nacionalista brinda un

fundamento filosófico y social, en el que afirma los valores de la personalidad

humana en una vida en sociedad y que puede servir de orientación en la búsqueda

de una mejor sociedad humana (Cadrecha Caparro, 1990).

Un rasgo que afectó mucho su pensamiento fue la fuerte influencia que

había tenido la obra de Johann Friedrich Herbart (1776–1841) en la pedagogía y en

la escolarización desarrollada hasta entonces en América del Norte. Según Herbart

el niño era un ser a modelar intelectual y psíquicamente por fuerzas externas.

Sobre esta base Herbart realizó el planteo de su concepto de instrucción. Dewey

fue, desde el punto de vista de la pedagogía, uno de los primeros y más

importantes críticos de Herbart. Estaba convencido que muchos de los problemas

educativos de las prácticas educativas de su época se debían a que estaban

fundamentadas en una epistemología dualista errónea, al cual confrontó. (Ruiz,

2013, p.106)

Ciertamente, la doctrina pedagógica y filosófica de John Dewey

pedagogo norteamericano extraída de su obra Democracia y Educación, señala:



“Se afirmó que la filosofía era una forma de pensar, que, como todo pensar,

tiene su origen en lo que hay de incierto en la materia de la experiencia, que

aspira a localizar la naturaleza de la perplejidad y a formar hipótesis que han

de ser comprobadas en la acción. El pensar filosófico tiene como diferencia el

hecho de que las incertidumbres de que trata se encuentran en aspiraciones y

condiciones sociales muy extensas, que consisten en un conflicto entre los

intereses organizados y las aspiraciones institucionales. Como el único modo

de producir reajuste armónico entre las tendencias opuestas es mediante una

modificación de las disposiciones emocionales e intelectuales, la filosofía

constituye, a la vez, una formulación explícita de los diversos intereses de la

vida y una propuesta de puntos de vistas y métodos mediante los cuales puede

efectuarse un equilibrio mejor de los intereses. Como la educación es el

proceso mediante el cual puede realizarse la transformación necesitada y no

seguir siendo una mera hipótesis respecto a lo que es deseable, alcanzando

una justificación de la afirmación de que la filosofía es la teoría de la educación

como una práctica deliberadamente dirigida”. (p.350). Por tanto, “el

conocimiento es un modo de participación valiosa en la medida en que es

efectivo. No puede ser la visión vaga de un espectador interesado” (p.355). Y

“la teoría del conocer ha de derivarse de la práctica que tenga mayor éxito

para obtener conocimiento, y después esta teoría se empleará para

perfeccionar los métodos que tienen menos éxitos” (Dewey, 1982, p.357).

De este enfoque, Dewey propone el desarrollo del método experimental:



“…nuevo como recurso científico, como recurso práctico es tan antiguo como

la vida”. “El método experimental tiene dos aspectos: 1) de una parte significa

que no tenemos derecho a llamar nada conocimiento si no es cuando nuestra

actividad ha producido realmente ciertos cambios físicos de las cosas, de tales

cambios específicos, nuestras creencias son sólo hipótesis, teorías,

sugestiones, sospechas y han de ser sostenidas como tentativas y utilizadas

como indicaciones de experimentos que han de intentarse. 2) por otro parte,

el método experimental de pensar significa que el pensar es de provecho;…,

la experimentación no es equivalente a una reacción ciega,…, no constituye

un experimento sino cuando se observan las consecuencias y se emplean para

hacer predicciones y planes en situaciones semejantes del futuro. El método

experimental científico es un ensayo de ideas; de aquí que aun cuando

prácticamente –o inmediatamente- fracase, es fecundo intelectualmente,

pues nosotros aprendemos de nuestros fracasos cuando meditamos

seriamente sobre nuestros esfuerzos” (Dewey, 1982, p.356).

Evidentemente Dewey nos muestra la naturaleza de la experiencia, al

mismo tiempo que marca la importancia del nexo entre lo activo y pasivo de la

misma, para que ella sea la base de todo aprendizaje:

“Una separación de la fase del hacer activo de la fase respecto al sufrir pasivo

destruye el sentido vital de una experiencia” (p.165), por lo mismo escribe:

“Aprender por experiencia es establecer una conexión hacia atrás y hacia

adelante entre lo que nosotros hacemos y lo que gozamos o sufrimos de las



cosas, como consecuencia. En tales condiciones, el hacer se convierte en un

ensayar, un experimento con el mundo para averiguar cómo es, y el sufrir se

convierte en instrucción, en el descubrimiento de la conexión de las cosas. De

aquí se siguen dos conclusiones importantes para la educación. 1) la

experiencia es primariamente un asunto activo-pasivo; no es primariamente

cognoscitiva. 2) pero la medida del valor de una experiencia se halla en la

precepción de las relaciones o continuidades a que conduce. Comprende

conocimiento en el grado en que se acumula o se suma a algo o tienen sentido.

(Dewey, 1982, p.153)

Así pues, podemos decir que el aprendizaje para el pensador americano

se inserta en un proceso estable-inestable de reconstrucción de la experiencia; es

decir: la experiencia es tanto el punto de partida como el de llegada en el

aprendizaje. (Cadrecha Caparros, 1990, p. 73). De este modo, John Dewey en su

obra Experiencia y Educación establece:

“…un nuevo proceso dialéctico dual basado en la experiencia; que encierra en

sí la dualidad: actividad-pasividad, cuya conexión percibida lleva a la relación

dialéctica entre lo que tratamos de hacer y lo que ocurre como consecuencia,

llenando así de sentido la experiencia anterior y la nueva, las cuales son

elementos dinámicos y constituidos precisamente en función de la misma

relación que los transforma de forma permanente. (Dewey, 1960)

Por lo tanto, es de enorme importancia dejar en claro las concepciones

deweyanas sobre formación, ya que podemos detectar un claro y acertado avance

en el esclarecimiento del sentido y alcance de este término en pedagogía. Caridad

que encuentra en Dewey un precursor de respuestas que encontraremos más



tarde en pensadores contemporáneos. Dewey reconoce la ambigüedad del

término formación, sin embargo, acepta que en el lenguaje científico de los

pedagogos se desarrolla un concepto de formación que no puede ser remplazado

por ningún otro término. Formación no es ni un concepto general que abarque la

educación y la enseñanza, ni tampoco ha de estar subordinado a éstos. Dewey

indica la posibilidad de un sentido de este término mediante la distinción existente

entre éste y el término educación, los cuales se hallan en correlación; es la

conjunción y simultaneidad de ambos conceptos lo que determina el quehacer de

la pedagogía. (Ochoa Restrepo, 1996, p. 145-146)

Tomando en cuenta lo expresado por Dewey “no se pueden utilizar los

conocimientos físicos, biológicos e históricos, sin saber primero a qué principio

básico o a qué fin de nuestros actos se deben subordinar y que —por

consiguiente— se presupone otro conocimiento de orden estrictamente moral”.

Pero, “este conocimiento de los fines básicos es empírico por esencia, que debe

formarse siguiendo el método experimental de los cinco pasos enumerados y

someterse a las mismas pruebas de validez” (Ochoa Restrepo, 1996, p.150).

Asimismo, el verdadero papel del docente es el de crear las condiciones

necesarias y los estímulos requeridos para conducir más efectivamente al

estudiante a un ideal de formación idónea; el docente debe esforzarse

constantemente en fiscalizar los estímulos utilizados y ver cuándo debe

reemplazarlos por otros o reforzarlos en pro del logro efectivo del aprendizaje.

(Ochoa Restrepo, 1996, p.157)

¿Cómo enseñar ciencias experimentales en estudiantes universitarios?

Proponemos en este trabajo un enfoque pedagógico orientado

fundamentalmente a la introducción de conceptos que resultan necesarios para la

comprensión de una importante gama de problemas y aspectos relevantes de las

ciencias naturales, en particular en la Física Biológica. Las actividades que se

presentan pueden ser implementadas de diferentes maneras, de acuerdo a los

intereses del docente y las motivaciones de los estudiantes donde se pretende



converger metodologías novedosas con contenidos fundamentales que están

dentro de la física y la biología. En todas ellas, es necesario una participación activa

por parte del estudiante para cumplir con los objetivos propuestos. La experiencia

seleccionada, así como la secuencia elegida dependerá fundamentalmente de la

orientación que se le fija al tratamiento de los distintos puntos que presenta la guía

didáctica de la asignatura.

En el diseño de las actividades se orienta tal como sigue: a) Organizar

tareas que estén más allá de las habilidades de los estudiantes; b) Formular

preguntas alrededor de situaciones problemas; c) Estimular la producción de

soluciones alternativas; d) Promover la autoevaluación y la evaluación cooperativa

de los resultados; e) Enfatizar la importancia del manejo de información; f)

Favorecer la organización y jerarquización de los resultados obtenidos, mediante

la comparación con datos reales.

A partir de estas pautas nos planteamos las siguientes preguntas:

1. ¿Qué pueden aprender los estudiantes de las ciencias experimentales?, para

responderla, debemos considerar los contenidos de enseñanza.

2. ¿Qué enseñamos al enseñar ciencia experimental?, para ello se debe considerar

a la ciencia como un cuerpo de conocimientos conceptuales, procedimentales

y actitudinales. Es de ese modo como debería estar constituida la ciencia

experimental, en la que se considera que el aspecto de los contenidos

conceptuales es posible enriquecer los esquemas de conocimientos de los

estudiantes en una dirección coherente con la ciencia, en cuanto a los

contenidos procedimentales estos constituyen trayectorias de acción

ordenadas y orientadas a la obtención de metas que no solo consiste en

acciones corporales efectivas, sino también acciones psicológicas, y finalmente

los contenidos actitudinales que abarcan un conjunto de normas y valores

mediante los cuales nos proponemos formar una modalidad de vínculo con el

saber y su producción. Así, la formación de una actitud científica está

estrechamente vinculada al modo como se construye el conocimiento y en



cómo se forman los contenidos conceptuales; frente a esto se deberá tener en

cuenta la estructuración de la estrategia de enseñanza.

Metodología

Se realizó un estudio cuantitativo y cualitativo de carácter descriptivo y

relacional, con el objeto de describir la propuesta pedagógica y el modelo

experimental que circunscribe el problema planteado. Por tanto, para este estudio

se tomó en cuenta los conceptos físicos - biológicos que incluyen los fundamentos

de la Bioelectricidad (corriente eléctrica, sentido de circulación, tensión, potencia

eléctrica, resistencia eléctrica, Ley de Ohm, carga y descarga de un capacitor y la

actividad eléctrica del corazón donde se analizan las distintas patologías que

afectan al marcapaso cardiaco), auxiliado en la investigación con la búsqueda

bibliográfica para afianzar los conocimientos adquiridos en clase, para luego

plasmarlo en el proceso de construcción del conocimiento siendo que esta

subjetividad no se negará, mientras sirva como materia prima para el investigador

novel. Luego, se puso en marcha el armado de la experiencia en la que se utilizaron

elementos auxiliares que permitieron reforzar los contenidos curriculares teóricos.

El objetivo de la experiencia fue determinar la carga y descarga de un

condensador en un circuito eléctrico RC a partir del registro de valores

experimentales y de valores simulados de las variables que se determina por medio

de la Dinámica de Sistemas a través de su simulación correspondiente.

Obviamente la naturaleza e intensidad de la estimulación eléctrica

necesaria, para normalizar una falencia o suplir al marcapaso natural depende de

cada patología, por lo que su disponibilidad en tiempo y forma deberá permitirla el

mismo circuito que la provee, dentro de ciertos márgenes predeterminados. Para

demostrar esto, se ha considerado necesario ilustrar todos esos fenómenos juntos,

de modo que a su vez se pueda realizar la variación de la frecuencia con que se

produce la carga y la descarga del condensador y por lo tanto, la del marcapaso

artificial, en función de las necesidades del corazón.



El diseño del dispositivo experimental (figura 1), permite variar la

frecuencia e intensidad del proceso de carga y descarga y visualizar con el

encendido de una lámpara el momento en que el músculo cardíaco recibiría el

impulso eléctrico; su funcionamiento es analizado con el recurso del osciloscopio

para observar las curvas de carga - descarga y calcular la frecuencia con que se

realiza ese proceso. Dicho circuito electrónico consta de una fuente de

alimentación 𝑉𝐶𝐶 = 9(𝑉), conexiones en paralelo de resistencias 𝑅1 = 1(𝑘Ω),

resistencia variable 𝑅𝑉1 = 20(𝑘Ω), una resistencia en serie 𝑅2 = 470(Ω), un

capacitor electrolítico en paralelo 𝐶1 = 100(𝜇𝐹), un diodo en paralelo 𝐷1 = 𝐿𝐸𝐷

y un 𝐶1 = 555.

Figura 1: Circuito experimental del marcapaso cardiaco

La población que sirvió como referente para este estudio, fueron los

estudiantes de segundo Año de la Facultad de Ciencias Exactas y Naturales – UNCA

que cursaron la asignatura Física Biológica del Profesorado en Biológica, cuyo

tamaño de muestra fue de 30 (treinta) alumnos en la que se formaron grupos de 5

(cinco) integrantes con la modalidad experimental.

El plan de trabajo consistió en el desarrollo de la unidad didáctica

“Bioelectricidad”, que dependía de la participación de los estudiantes, pues

requería de ellos una dedicación mayor que la habitual, se les propuso una tarea

programada que consistía en realizar una experiencia atípica donde se ponía en



evidencia las contradicciones entre sus ideas previas y los fenómenos que estaban

a punto de observar.

El plan de trabajo a desarrollar en esta experiencia contaba

básicamente de tres partes:

a. Diagnóstico inicial y final: estaba compuesto por una parte escrito y una de

discusiones realizada en una mesa redonda. Con la parte escrita buscamos

comparar los distintos procesos eléctricos presentes en el corazón con lo

observado en datos reales que muestran los estudios cardiovasculares en las

distintas patologías. Aquí requeríamos de una explicación acerca de las causas

que generan éstas patologías, para ello se solicitó distintos estudios médicos

que servirían de referencia para comprender los fenómenos eléctricos que

desarrolla la física.

Asimismo, el trabajo experimental se desarrolló en forma paralela al contenido

de la asignatura, y al finalizar el mismo, se realizó la evaluación prevista que

consistió en la presentación de los resultados de la investigación en una mesa

redonda semiestructurada; donde los integrantes de cada grupo manifestaron

sus reflexiones y algunas causas que a su entender contribuyeron a esta

situación en relación con su contexto sociocultural, y su universo de

significados.

b. Desarrollo de la unidad didáctica: el tratamiento de cada fenómeno constaba de

las siguientes experiencias:

Experiencia 1: Ley de Ohm

Objetivos: investigar y analizar las tres variables involucradas en una relación

matemática conocida como la ley de Ohm.

Materiales: Multímetro, Pilas (Tipo D), Cables de conexión, Papel y lápiz.

Actividades:

1) Seleccionar una resistencia utilizando el código de colores (figura 2), para luego

decodificar el valor de la resistencia y anotarlo en la tabla 1.



Figura 2: Código de colores para resistencias

➢ ¿Cómo medir la corriente?

2) Implementar el circuito de la figura 3a).

3) Colocar el selector del multímetro en la escala de 200(𝑚𝐴) (prestar atención a las

indicaciones del multímetro, cómo conectar las puntas para medir corriente).

Conectar el circuito y leer la intensidad de corriente que circula por la resistencia.

Anotar este valor en la tabla 1.

4) Cambiar la resistencia por una de diferente valor. Anotar su valor en la tabla 1,

luego medir y tomar nota de la corriente (pasos 2 y 3). Repetir este proceso con

todas las resistencias que poseen. No es necesario que realicen las mediciones de

las resistencias que tengan el mismo valor.

Figura 3: a) Medición de corriente Figura 3: b) Medición de tensión

➢ ¿Cómo medir la tensión?

5) Desconectar el multímetro y conectar un cable entre el terminal positivo de la pila

y el extremo de la resistencia (ver figura 3b). Modificar la escala del multímetro

para medir 2VDC y conectar las puntas como se indica en la figura 3b. Utilizando

la primera resistencia, medir la tensión y anotar el valor en la tabla 1.

6) Cambiar las resistencias y realizar todas las mediciones necesarias para completar

la tabla 1.



➢ Análisis de los datos

1) Realizar un gráfico de la corriente en función de la resistencia.

2) Calcular el cociente 𝑉

𝑅 para cada juego de datos. Comparar los valores que

calcularon con los valores que obtuvieron de la corriente.

Resistencia (Ω) Corriente (𝐴) Tensión (𝑉) Tensión/Resistencia

Tabla 1: Registro de datos 𝑽

𝑹

Cuestionario: en base al trabajo experimental realizado responda: a) ¿Concuerdan los

datos con lo que dice la Ley de Ohm?; b) ¿Cuáles son las posibles fuentes de error en

este laboratorio?; c) ¿Cómo creen que esto afectaría sus mediciones?

Experiencia 2: Circuitos Eléctricos

Objetivos: Experimentar con las variables que definen el funcionamiento de un

circuito eléctrico.

Materiales: Papel y lápiz, Multímetro, Resistencias

Actividades:

1) Seleccionar tres resistencias del mismo valor. Anotar su código de colores en la

tabla 2. Llamaremos a las resistencias 𝑅1, 𝑅2 𝑦 𝑅3.

2) Determinar el valor de las resistencias utilizando el código de colores. Anotar este

valor en la columna Resistencia Codificada de la tabla 2. Anotar el valor de la

tolerancia según lo indica el color en la columna correspondiente.

3) Utilizar el multímetro para medir el valor de las resistencias y anotar estos valores

en la tabla (Resistencia Medida).

4) Determinar el porcentaje experimental de error de cada resistencia y anotarlo en

la columna apropiada.



% 𝐸𝑟𝑟𝑜𝑟 = ( 𝑀𝑒𝑑𝑖𝑑𝑜 − 𝐶𝑜𝑑𝑖𝑓𝑖𝑐𝑎𝑑𝑜

𝐶𝑜𝑑𝑖𝑓𝑖𝑐𝑎𝑑𝑜) × 100

Colores Resistencia Codificada

Resistencia Medida

% de Error

Tolerancia

1º 2º 3º 4º

𝑅1

𝑅2

𝑅3

Tabla 2: Identificación de código de colores en 𝑅1, 𝑅2 𝑦 𝑅3

5) Conectar las tres resistencias en serie, luego medir los valores de resistencia en

las combinaciones indicadas en el diagrama (figura 4), conectando las puntas del

multímetro en los extremos de las flechas.

Figura 4: Circuito en Serie

6) Construir un circuito paralelo (figura 5), primero con dos resistencias y luego

utilizar las tres resistencias. Medir y anotar los valores para este circuito.

Figura 5 Circuito en paralelo

7) Deducir una regla para el cálculo del valor de resistencia de un circuito Serie y uno

Paralelo.



8) Conectar las resistencias de manera tal de formar el circuito mixto que indica la

figura 6. ¿Concuerdan los valores de esta medición con la regla enunciada

anteriormente?

Figura 6: Circuito Mixto

9) Seleccionar tres resistencias de diferente valor. Repetir los pasos 1 a 8 y anotar los

datos, observando que a estas nuevas resistencias las hemos llamado 𝑅𝐴, 𝑅𝐵, 𝑅𝐶 y

completar la tabla 3.

Colores Resistencia Codificada

Resistencia Medida

% de Error

Tolerancia

1º 2º 3º 4º

𝑅𝐴

𝑅𝐵

𝑅𝐶

Tabla 3: Identificación de código de colores en (𝑅𝐴, 𝑅𝐵 , 𝑅𝐶)

Figura 7: Circuito en Serie (𝑅𝐴, 𝑅𝐵, 𝑅𝐶)



Figura 8: Circuito en Paralelo (𝑅𝐴, 𝑅𝐵 , 𝑅𝐶)

Figura 9: Circuito Mixto (𝑅𝐴, 𝑅𝐵 , 𝑅𝐶)

Cuestionario: en base al trabajo experimental realizado responda:

a) ¿Cuál es la relación entre el porcentaje de error y la tolerancia de fabricación de las

resistencias?; b) ¿Cuál es la regla aparente para la combinación de resistencias del

mismo valor en circuitos serie, y en circuitos paralelo? Citar ejemplos de las

mediciones; c) ¿Cuál es la regla aparente para la combinación de resistencias de

diferente valor en circuitos serie, y en circuitos paralelo? Citar ejemplos de las

mediciones; d) ¿Cuál es la regla aparente para calcular la resistencia total cuando

sumamos resistencias en serie, y en paralelo? Citar ejemplos de las mediciones; e)

¿cómo funciona el circuito mixto en comparación al circuito cardiaco?

Experiencia 3: Capacitores

Objetivos: Determinar el comportamiento de los capacitores en un circuito RC y

analizar las diferentes maneras de combinarlos.

Materiales: Pilas (Tipo D), Cables de conexión, Lápiz, Bitácora, Capacitores,

Resistencias, Cronómetro, Multímetro Digital (impedancia de entrada de 10 (𝑀Ω)

Actividades:



Se utiliza el circuito electrónico propuesto (figura 10), en la que se conecta el

multímetro de acuerdo a la polaridad indicada y se utiliza una escala para medir

tensión de 2VDC.

Figura 10: Circuito RC

1) Comenzar sin tensión en el capacitor y la llave interruptora desconectada. Si hay

una tensión remanente en el capacitor, utilizar un cable para cortocircuitar los dos

terminales (Tocar con un cable los puntos B y C del circuito para descargar el

capacitor).

2) Cerrar la llave. Observar la tensión en el capacitor que se lee en el multímetro.

¿Cómo describirían la manera en que varía la tensión?

3) Si abren la llave, la tensión en el capacitor permanece en ese valor, con una

pequeña caída a medida que transcurre el tiempo. Esto indica que la carga que

pusieron en el capacitor no tiene manera de circular para neutralizar el exceso de

cargas en las placas del capacitor.

4) Conectar un cable entre los puntos A y C en el circuito, permitiendo que la carga

circule a través de la resistencia. Observar la tensión medida mientras que se

descarga el capacitor. ¿Cómo describirían la forma en que disminuye la tensión?

Realizar un gráfico que represente la tensión en función del tiempo para observar

de qué manera sube la tensión a medida que el capacitor se carga y otro para

observar cómo disminuye la tensión mientras se descarga el capacitor.

5) Repetir los pasos 3 a 5 para comprender el proceso de carga y descarga de un

capacitor en un circuito RC.

6) Repetir los pasos 3 a 5, pero esta vez, medir y anotar el tiempo que emplea el

capacitor al cargarse de 0 𝑎 0,95(𝑉) (𝑡𝑐), y el tiempo que éste necesita para

A

C B



descargarse (𝑡𝑑) de 1,5 𝑎 0,55 (𝑉). Registrar los valores obtenidos junto a los

valores de resistencia y del capacitor en la tabla 4.

Medición Resistencia (𝑅) Capacidad (𝐶) 𝑡𝑐 𝑡𝑑

1

2 3 4 5 6 7

8

Tabla 4: Registro de datos de 𝑅 y 𝐶

7) Reemplazar el capacitor de 100𝜇𝐹 por otro de 330𝜇𝐹. Repetir el paso 7 anotando

los datos en la tabla. Si se dispone de un tercer capacitor, utilizarlo y repetir el

paso 7.

8) Volver a colocar el capacitor de 100𝜇𝐹, pero esta vez con una resistencia de

220(𝑘Ω). Repetir el paso 7. Si se dispone de una tercera resistencia, utilizarla y

repetir el paso 7.

Responder observando la tabla 4:

a) ¿Qué efecto tiene aumentar la capacidad en el tiempo de carga y descarga?; b)

¿Qué relación matemática existe entre la capacidad y el tiempo?, c) ¿Qué efecto tiene

aumentar la resistencia en el tiempo de carga y descarga?; d) ¿Qué relación

matemática existe entre la resistencia y el tiempo?

9) Volver a colocar la resistencia de 100(𝑘Ω), utilizando el capacitor de 100𝜇𝐹 en

serie con el de 330𝜇𝐹. Repetir el paso 7 anotando los datos en la tabla 5.

Realizar nuevamente el paso 7, pero con los capacitores en paralelo y anotar los

resultados en la tabla 5.

Luego, responder observando la tabla 5:

¿Cuál es el efecto de la capacidad total si los capacitores están en serie?

¿Cuál es el efecto de la capacidad total si los capacitores están en paralelo?



Tipo de Circuito 𝑡𝑐 𝑡𝑑

Serie

Paralelo

Tabla 5: Registro de datos de tiempo del circuito RC

Experiencia 4: Aspectos de un circuito electrónico

Objetivos:

➢ Determinar experimentalmente el modo de funcionamiento de un diodo

semiconductor y las características relevantes de los transistores.

➢ Conocer el funcionamiento del circuito integrado 555, actuando en un circuito

típico de aplicación llamado multivibrador astable.

➢ Comprobar el buen funcionamiento del circuito integrado 555 para poder llevar a

cabo la práctica sin problemas.

Materiales: 2 Pilas (Tipo D), Cables de conexión, Lápiz, Bitácora, Multímetro Digital,

Resistencias 100 (Ω), 1000 (Ω) 𝑦 330 (Ω), Diodo (1N4007) Transistor (NPN) 2N3904.

Actividades:

Se implementa un circuito electrónico utilizando el diodo 1N4007 y la resistencia de

1000 (Ω) y se observa la dirección de orientación de dicho diodo para luego registrar

los datos, se compara este registro con el diodo Zener para ello se utiliza un LED (Light

Emitting Diode) para identificar la diferencia entre los diodos comunes y los LEDs.

Asimismo se implementa un circuito eléctrico utilizando el transistor 2N3904 y las

resistencia 𝑅1 = 1000(Ω) y 𝑅2 = 100(Ω). Observándose que los terminales del

transistor estén conectados como lo indica al lado del zócalo. Se ajusta el

potenciómetro cuidadosamente hasta realizar la lectura de aproximadamente

2 (𝑚𝑉) y así obtener los valores de tensión. Y finalmente se dibuja un circuito

integrad 555 astable para explicar su funcionamiento y su campo de aplicación.

Cuestionario: Dar una explicación a las siguientes preguntas:

a) ¿Para qué creen que se podrían utilizar los diodos?, Comentar con sus compañeros

el gráfico y los cálculos que realizaron en el análisis de datos del circuito eléctrico con



transistor, b) ¿Cuál es la importancia que presenta el trabajar con un circuito

integrado 555?

Experiencia 5: Medición del pulso eléctrico

Objetivos:

➢ Construir el circuito electrónico a partir del circuito integrado 555.

➢ Medir las salidas del astable y carga - descarga del capacitor en las diferentes

situaciones.

➢ Elaborar la tabla y registrar datos obtenidos experimentalmente de los pulsos

eléctricos.

➢ Utilizar el Sensor Pasco 66 para obtener la gráfica de los pulsos eléctricos.

➢ Aplicar la teoría de errores y comparar los resultados obtenidos.

Materiales: Circuito electrónico (simulador marcapaso), Multímetro, Cronómetro,

Papel, Lápiz, Sensor Pasco 66.

Actividades:

1. Elaborar una tabla de registros que contenga: número de mediciones, valores de

RV, cantidad de pulsos, corriente de circulación por diodo y tiempo en 60𝑠.

2. Modificar el valor de RV en el circuito y con un óhmetro medir entre los puntos C y

D hasta obtener una resistencia de 6120 (Ω). Alimentar el circuito eléctrico, contar

la cantidad de pulsos en 60𝑠 y medir la corriente de circulación en el diodo LED en

los puntos E y F. Anotar estos datos en la tabla de registros.

3. Repetir el punto 2 para obtener otros valores de resistencia y corriente.

4. Elaborar la tabla de la teoría de errores para las pulsaciones y otra para la

resistencia RV.

5. Conectar en los puntos G y H el sensor Pasco 66 y obtener la gráfica para cada una

de las mediciones obtenidas en la tabla de registros mencionado en el punto 1.

6. Escriba sus observaciones.

Circuito electrónico:

Uno de los usos más frecuentes del 555 es el que procederemos a estudiar,

el multivibrador astable. En esta configuración, el circuito produce en su pin de



salida OUTPUT una onda cuadrada, con una amplitud igual a la tensión de

alimentación. La duración de los periodos alto y bajo de la señal de salida pueden

ser diferentes. El nombre de astable proviene de la característica de esta

configuración, en la que la salida no permanece fija en ninguno de los dos estados

lógicos, si no que fluctúa. El 555 es un circuito integrado que incorpora dentro de sí

dos comparadores de voltaje, un flip-flop, una etapa de salida de corriente, divisor

de voltaje resistor y un transistor de descarga. Dependiendo de cómo se

interconecten estas funciones utilizando componentes externos es posible

conseguir que dicho circuito realice un gran número de funciones, (figura 11a y b).

Figura 11: a) Esquema del circuito electrónico como simulador cardiaco

Figura 11: b) Simulación dinámica de una taquicardia en el tiempo de 30[𝑠] con la pulsación de 115 latidos/minuto.

A

BA

C

D

E

F

H

G



Resultados y Discusión

Las conclusiones del experimento resultaron en que el circuito

integrado 555 utilizado, es muy preciso y fácil de manejar. Se observó que los

conocimientos previos a la realización del circuito se cumplían en la práctica, el

mejor ejemplo son las transigentes en la carga y descarga del capacitor. En cuanto

a la señal de salida del 555, es una onda cuadrada que puede variar en amplitud y

periodo, la amplitud depende del voltaje aplicado a la alimentación del 555, ya que

la salida en nivel alto, es el mismo voltaje aplicado con alguna pérdida. En la práctica

los elementos no son ideales y no siempre dieron valores exactos, pero sí muy

aproximados. El periodo depende de las resistencias si el capacitor es el mismo

siempre. Las resistencias varían la constante de tiempo del capacitor, haciendo más

largo o más corto el tiempo en que el capacitor alcanzaba un tercio del voltaje

aplicado para poner la salida en alto, o dos tercio del voltaje aplicado para que la

salida sea baja. En el circuito electrónico se observó que con las variaciones de la

RV (resistencia variable) pueden modificarse la cantidad de pulsos que son

observados por el destello del diodo.

A continuación, se utilizó la Dinámica de Sistemas que emplea el

software Vensim PLE 5.2, el cual consta de tres etapas: a) elaboración del modelo

estructural del sistema, b) ejecución de la simulación y c) resultados. A partir de

estos conceptos, se les enseñó a los estudiantes a realizar una simulación sencilla,

donde les permitió obtener distintas gráficas, en razón a las variaciones que toma

la constante de tiempo RC= respecto a los diferentes valores de pulsos en

función del tiempo según la afección cardíaca que se está estudiando, lográndose

ajustar los valores reales con los obtenidos experimentalmente, donde se tomó

100(𝑠) para lograr los niveles de carga y descarga y el módulo de congruencia del

tiempo dependiente de la constante de tiempo,(ver figura 12).

Efectivamente, se comprueba que el circuito electrónico construido

genera una onda en forma de dientes de sierra, donde el tiempo crece conforme la

carga y descarga del condensador varíe en un rango entre 3 y 9,3 pulsaciones, en

la que se determina por el valor de la constante de tiempo del circuito.



Figura 12: Gráfica de la carga y descarga del condensador que simula el marcapaso cardíaco [Fuente: Obtenido por Juárez Gustavo A. y Nieva César]

Conclusión

En toda la secuencia pedagógica presentada se trata de expresar y

descubrir cómo se forman los conceptos teóricos y la aplicación de patrones

adquiridos previamente del mundo de los objetos y hechos observables, que sirven

para explicar los sucesos que están continuamente presente. Siguiendo estas

reflexiones podemos decir que, la tarea pedagógica es enseñar de manera que los

estudiantes participen en el proceso constructivo, ya que hacerlo de este modo,

mejora el significado y la retención del conocimiento declarativo e incrementa la

conciencia y generaliza el proceso procedimental. Esto nos lleva a considerar que

desde el cuestionamiento de un problema atípico nuevo no explorado, lleva a

plantear suposición que son ideas para explicar el fenómeno en estudio, esto

infiere a la experimentación con su posterior conclusión para verificar si es

verdadera o falsa la suposición planteada, lo cual lleva a comprobar y comprender

que los conceptos físicos biológicos aplicados, en este caso, proporcionaron

resultados bastante satisfactorios.

El aprendizaje en las ciencias experimentales debe ser dinámico, donde

el que desea aprender construye y reconstruye su propia capacidad a la luz de sus



experiencias. De aquí, que los trabajos de laboratorio constituyen un recurso

didáctico que recibe de la pedagogía sus fundamentos teóricos, sus leyes y

métodos, y los adecua al acto mismo de enseñar y de aprender, cuando se plantean

como verdaderas situaciones de aprendizaje, teniendo en cuenta los objetivos que

se pretenden lograr con esta actividad, en cada caso particular. Si se promueve que

el estudiante lleve a cabo sus propias investigaciones, se contribuirá a desarrollar

la comprensión de la naturaleza de la ciencia. Acostumbrase a la práctica científica

ayuda a valorar a la investigación científica. La propuesta metodológica presentada

se basa en la ejecución de experiencias que promuevan una actitud científica y

creativa. Tal como Dewey considera, una serie de cualidades que pueden

evidenciarse “Hoy en día, lo primero que necesita cualquier persona es la aptitud

de pensar, poder ver los problemas y relacionar los hechos donde se presentan;

hacer uso de las ideas y deleitarse con ellas”. (Ochoa Restrepo, 1996, p.151)

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