¿Cómo integrar recursos matemáticos, electrónicos y computacionales para un mejor aprendizaje?

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MATECS, que integra el desarrollo de aplicaciones de diversas áreas de conocimiento, entre ellas: matemáticas, tecnologías electrónicas y ciencias computacionales.

Por Ramona Fuentes Valdéz (rfuentes@itesm.mx) y Pedro Nájera García (pedro.najera@itesm.mx)
 

Las matemáticas son consideradas por muchos de nosotros como un área de conocimiento muy difícil, por lo que al cursar una asignatura relacionada con esta disciplina sentimos pavor a lo que nos espera. Esto provoca que aprovechemos al mínimo los cursos en los que participamos y que se generen deficiencias que arrastramos en el estudio de la materia hasta que nos animemos a afrontar el temor que nos ocasiona, vencerlo y resolverlo. Aunado a ello, no tenemos idea de cómo podríamos aplicar el conocimiento adquirido una vez finalizado nuestro estudio de las matemáticas, ocasionando que lo aprendido carezca de sentido.  

Para abordar esta doble inquietud surge la idea de MATECS que integra el desarrollo de aplicaciones de diversas áreas de conocimiento, entre ellas: MAtemáticas, Tecnologías Electrónicas y CienciaS computacionales. Los alumnos hicieron desarrollos matemáticos, algoritmos, programas de software y circuitos entre otros.

Para lograr el desarrollo de las aplicaciones se buscó que fueran suficientemente representativas de las áreas de conocimiento involucradas. Los jóvenes que se encontraban estudiando las bases teóricas de la ingeniería, trabajaron en equipo con otro grupo de estudiantes quienes realizaron la implementación de los conceptos estudiados a través de herramientas electrónicas y computacionales, generando así un sentido práctico de los temas esenciales de los cursos y al mismo tiempo se logró un entendimiento teórico sólido de los principios fundamentales en los cursos de especialidad. La explicación de los temas se trabajó de forma vivencial y se desarrollaron los elementos que nos permitieron vivir el concepto relacionándolo con una asignatura de nivel superior en el currículo.

El problema principal es que no tenemos idea de cómo podríamos aplicar el conocimiento adquirido de nuestro estudio de las matemáticas, ocasionando que lo aprendido carezca de sentido.

Al tratar con alumnos de diversos semestres, se diseñaron módulos de aprendizaje que cubrieran necesidades de conocimientos básicos, tales como: medición, manejo de equipos y medidas de seguridad de los instrumentos empleados en los laboratorios. Se trabajó con alumnos de diferentes carreras, inscritos en distintas materias, durante el semestre en promedio participaron 50 alumnos y se trabajaron actividades entre estudiantes de primero a sexto semestre. Como en la implementación de cualquier proceso se requirió una adecuada planeación y manejo de tiempos para que los alumnos se lograran coordinar y trabajaran sobre las actividades planteadas.

Algunas de las aplicaciones para las soluciones prácticas que realizaron los alumnos fueron:

Funciones matemáticas
Para llevar a cabo la explicación de funciones matemáticas se empleó instrumentación electrónica del Laboratorio de Mecatrónica y se hizo una demostración práctica de la creación de señales con diferentes características a través de los generadores de onda y su visualización correspondiente usando el osciloscopio. También se transformaron las variaciones eléctricas de voltaje a señales audibles para enfatizar el concepto de frecuencia de la señal.

Prisma acústico
Con esta actividad se explicó el principio de la transformada de Fourier a los alumnos de Introducción a la carrera. Se usó una tarjeta de adquisición de datos (DAQ) y el lenguaje LabVIEW para la generación de múltiples señales con diferentes frecuencias/amplitudes que son sumadas en una sola señal eléctrica, misma que fue separada en sus componentes, pero ahora, a través de circuitos de filtrado analógico construidos con circuitos basados en amplificadores operacionales. Las señales separadas físicamente fueron adquiridas nuevamente por la tarjeta DAQ y comparadas con las componentes originales. El experimento motivó a los alumnos para construir el clásico proyecto del ecualizador de señales.

Visualización electrónica de ecuaciones lineales
Se definieron los requerimientos de acondicionamiento de señales eléctricas para su transformación lineal a través de amplificadores operacionales. El proceso de acondicionamiento de las señales eléctricas, con la finalidad de ser procesadas, requiere del diseño de un circuito de amplificación basado en las características matemáticas de la línea recta que se estudia en la materia de Introducción a las Matemáticas, y cuya precisión depende del adecuado ajuste de los valores seleccionados para su implementación realizado por alumnos del Laboratorio de Circuitos Eléctricos y Mediciones.

Conoce+
Para esta actividad, se eligieron algunos conceptos básicos de Introducción a las Matemáticas, con ellos los alumnos de Introducción a la Computación generaron un conjunto de algoritmos en forma de pseudocódigo y en forma de diagrama de flujo que permiten realizar la simulación y pruebas de dichos conceptos.

Sin duda el aprendizaje de los estudiantes se enriqueció fuertemente a través del trabajo colaborativo. La integración de los alumnos de semestres iniciales con compañeros de semestres avanzados logró una sinergia no solo para apoyo en los contenidos estudiados, sino que trascendió mucho más allá del aula porque se conocieron e integraron de manera personal. En los cursos, se observó una mayor comprensión de los temas, ya que se revisaron conceptos y se asociaron con la aplicación práctica de los mismos. En las conclusiones del trabajo desarrollado por los grupos, se observó una gran disposición y motivación hacia el desarrollo de este tipo de actividades, que al inicio producen un poco de incertidumbre sobre el proceso, pero al final generan satisfacción sobre lo realizado.

Entre las grandes dificultades a las que se enfrentaron los jóvenes, se pueden mencionar la coordinación de los miembros del equipo y la administración de los tiempos. Estos desafíos se superaron a través del uso de las redes sociales como medios de comunicación.

Para concluir este artículo 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"; quien sólo debe fungir como guía y facilitador en el proceso de enseñanza-aprendizaje. Las competencias que el alumno desarrollará en el curso se lograrán a través de su trabajo en las actividades, retos y proyectos diseñados para ese fin.
 

Acerca de los autores
Ramona Fuentes Valdéz, es profesora del área de Matemáticas y Computación.  También imparte cursos de capacitación docente. Recibió el premio Profesor Inspirador 2017 en el Tecnológico de Monterrey, Campus Cuernavaca.

Pedro Nájera García, 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.