Laboratorio Virtual de Física en el área de circuitos de Corriente Continua y Corriente Alterna (página 2)

III.
SITUACIÓN PROBLEMÁTICA

3.1. Formulación del Problema

¿Cómo surgieron o nacieron los
laboratorios virtuales?

¿Cuáles fueron sus necesidades de los
laboratorios virtuales?

¿Qué páginas podemos visitar
sobre éstos temas?

3.2. Objetivos

3.2.1. Objetivo
General

• Explicar como nacen los laboratorios
  virtuales.
• Determinar sus necesidades.

3.2.2. Objetivos
Específicos

• Determinar su finalidad, en que nos pueden
  favorecer explicando con ejemplos simples y
  complejos.

3.3. Justificación

La ventaja principal que trae estudios como este es la
implantación de cursos que fortalezcan la
instrucción en una Institución de modalidad
presencial.

Uno de los beneficios que trae este proyecto no es
más que la facilitación de los aprendizajes y el
desarrollo de
las nuevas tecnologías aplicadas a la instrucción
dentro de una institución netamente presencial como lo son
los laboratorios Virtuales.

Esta investigación pretende demostrar el avance
en tecnología educativa, así como
también, la muestra de
portales para la realización de cursos conducentes al tema
a tratar por este medio, aplicando el estilo mostrado por muchas
universidades nacionales y extranjeras que ofrecen pre-grados y
postgrados virtuales con éxito.

IV. MARCO DE
REFERENCIA DEL PROBLEMA

4.1. Fundamento Teórico

HISTORIA DE LOS LABORATORIOS
VIRTUALES

Estos laboratorios comenzaron a desarrollarse en 1997
en el Centro de Investigación Académica de la
Universidad
Estatal a Distancia de Costa Rica. Si
se juzga con base en la información disponible en Internet,
fueron de los primeros laboratorios virtuales para enseñanza a distancia a nivel mundial.
Cuatro años después, había un proyecto
comercial similar, el Virtual Frog Dissection Kit
1.0

(http://www.cs.ubc.ca/nest/magic/projects/hands/home)
y tres académicos: Diffusion Proceses Virtual Laboratory
(Johns Hopkins University,
http://www.jhu.edu/~virtlab/virtlab.html), The
Virtual Microscope (University of Winnipeg,
http://www.uwinnipeg.ca/~simmons/index.htm). Había
también dos proyectos con
nivel de realidad
virtual, nivel que requiere cascos tipo VR, en Estados Unidos
y Canadá (NASA Virtual reality Virtual Object
Manipulation, www.nasa.gov y Virtual Hand Laboratory,
University of British Columbia,
http://www.cs.ubc.ca/nest/magic/projects/hands/home). No
sabemos de proyectos similares en América
Latina, fuera del de la UNED. En la UNED, el primer bloque
se desarrolló durante tres años y
correspondió al curso de biología. El
objetivo básico no ha cambiado desde entonces: lograr un
producto tan
bueno como los de los países más avanzados en
docencia
electrónica, a un costo muy
inferior al de ellos, que funcionara casi en cualquier computadora
y que solo requiriera programas que
son gratuitos en todo el mundo.

LOS LABORATORIOS VIRTUALES HOY

Según las fuentes
bibliográficas usadas en este proyecto se realizó
un estudio sobre los laboratorios virtuales con un tiempo de
seis años; ¿cuál es el estado de
los laboratorios virtuales en el mundo? Una búsqueda en
Internet (junio 2002) indicó que ha aumentado mucho el
número de proyectos semejantes y que la mayoría
se refieren al área de la física, aunque
también los hay de química y
biología.

La mayoría de los laboratorios virtuales de
física son pequeñas simulaciones escritas en
JAVA, un
lenguaje de
programación interactivo para multimedios. Ejemplo
de los tipos de micro prácticas en física son los
de la Universidad Nacional de Colombia

(http://www.unalmed.edu.co/~daristiz/LABFIS/Principal/Labfis.htm),
la

Universidad de Oregón
(http://jersey.uoregon.edu/vlab/) y un material privado
brasileño llamado "Sala de Física"

(http://geocities.yahoo.com.br/saladefisica3/laboratorio.htm).

También se ha desarrollado simulaciones
mediante las cuales se modifica los datos en una
tabla y se ve la modificación resultante en un esquema,
en el Centro Nacional de Información y Comunicación Educativa de Madrid
(http://enebro.pntic.mec.es/~fmag0006/Prism200.html).

Un nivel algo más avanzado existe en dos
laboratorios en los que se usa sonido e
imágenes
realistas, en lugar de esquemas: el sintetizador de sonido
Tempes de la compañía Virtual Laboratories de
Singapur (http://www.vlabs-online.com/) y el "Filtro de
polarización" de la red Physicsweb
(http://physicsweb.org/vlab/).

Los laboratorios virtuales de química parecen
ser escasos. La Universidad de Oxford presenta, de manera
gratuita vía Internet, laboratorios virtuales de
experimentos
químicos que usan animaciones, videos y moléculas
que pueden hacerse girar en la pantalla, manipulables en tres
dimensiones (http://www.chem.ox.ac.uk/vrchemistry/). El
estudiante debe responder a una serie de preguntas, y si lo
hace correctamente, tiene acceso a una fotografía de la mesa de trabajo de
la cual puede seleccionar compuestos y experimentos para ver
videos sobre su uso. En algunas escenas aparecen rótulos
de apoyo que explican el procedimiento.
Hay además un texto sobre
química en formato HTML con problemas y
cuestionario.

El nivel más sencillo es el que tiene
básicamente un texto y dibujos sin
movimiento.
Ejemplos de este nivel son el Digital Frog de 1995
(http://www.digitalfrog.com/products/frog.html) y el
Laboratorio Virtual de Nutrición de la
UNED de 1997 (Monge-Nájera 1998). Digital Frog permite
hacer una disección simulada de una rana, evitando los
problemas éticos y psicológicos de hacerlo con un
animal real. Nuestro laboratorio de nutrición permite
"alimentar" una mascota digital o tamaguchi y ver los efectos
de la dieta sobre su salud.

En un segundo nivel de complejidad, existen
laboratorios que usan animaciones usando el formato GIF,
compatible con Internet. Un ejemplo es el Laboratorio Virtual
de Reproducción de la UNED de 1997
(Monge-Nájera 1998), en el cual se puede seleccionar
organismos para ver una animación que muestra su
secuencia reproductiva, incluyendo imágenes de microscopio
electrónico. El Laboratorio Virtual de Depredadores y
Presas (UNED 2002) permite variar la proporción de
organismos en un ambiente y
ver el efecto sobre la población.

El tercer nivel corresponde a los laboratorios que
usan videos para mostrar prácticas verdaderas. Ejemplos
de este nivel son el Laboratorio Virtual de Digestión
desarrollado por la UNED en 1997 (Monge-Nájera 1998) y
el Digital Frog 2, versión mejorada del ya mencionado,
en que además de las imágenes fijas hay
videos

(http://www.digitalfrog.com/products/frog.html).

En el cuarto nivel de complejidad están
aquellos laboratorios en los cuales se ven pantalla objetos o
escenas que pueden ser manipulados por un estudiante. La UNED
desarrolló entre 1997 y el 2002 una serie de
laboratorios virtuales de este nivel. En el Laboratorio Virtual
de Tejidos
Humanos, se separa capa de tejidos de un cuerpo
humano y se les lleva a un microscopio para verlos
ampliados. El Laboratorio Virtual de Ecología permite
ubicar organismos en una pirámide ecológica y
la
computadora indica si se les ha ubicado correctamente. En
el Laboratorio Virtual sobre Lepidópteros, se puede
manipular un panorama que simula el efecto de girar la cabeza
mientras se camina por un bosque. Incluso se puede buscar
organismos ocultos en el bosque, solicitar ayuda a la
computadora para encontrarlos y obtener información
adicional sobre cada uno que se descubra. Laboratorios
similares en su nivel son el Virtual Drosophila Project
japonés (Kioda y Kitano 1999) y Mouse
genetics

http://www.explorescience.com/activities/Activity_page.cfm?ActivityID=39

EL FUTURO DE LOS LABORATORIOS
VIRTUALES

Las versiones iniciales de los laboratorios de la UNED
se han presentado al público de manera gratuita con
fines experimentales (www.uned.ac.cr) y lo mismo puede decirse
de casi todos los mencionados hasta aquí.

Incluso el físico taiwanés Fu-Kwun Hwang
publicó gratuitamente medio centenar de mini
laboratorios virtuales en chino, inglés y español, y ofrece elaborar gratuitamente
más laboratorios si se le solicitan.

(http://www.edu.aytolacoruna.es/aula/fisica/applets/Hwang/ntnujava/indexH.html)

Sin embargo, como los laboratorios virtuales han
demostrado su eficacia, es
probable que en el futuro se vuelva común su venta
mediante versiones protegidas contra copiado. El Digital Frog,
que se vende por miles a escuelas secundarias en los Estados
Unidos, tiene un precio de
$170 la copia, aunque el disco compacto tiene únicamente
ese laboratorio (http://www.digitalfrog.com/products/frog.html,
julio 2002). En la UNED se ha considerado la posibilidad de
vender cada disco compacto en $15-20 por tratarse de una
institución sin fines de lucro que opera en un
país pequeño.

Fuera del aspecto comercial, se prevé aumentos
en la velocidad de
procesamiento de la información digital, como BioOpera,
el sistema
operativo para bloque de computadoras
que duplica la potencia y
reduce costos al 30 %
(Alonso, G. 2002. BioOpera: Grid Computing in Virtual
Laboratories

http://www.ercim.org/publication/Ercim_News/enw45/alonso.html

También se espera que la red Internet 2
permita a varios investigadores ubicados en países
diferentes realizar pruebas con
objetos virtuales que pueden ser tan complejos como un motor de
avión mediante una red de bases de datos
de alta velocidad

(http://www.internet2.edu/html/virtual_laboratory.html).

DESARROLLO DE PUNTA

Actualmente se está trabajando en niveles
aún más cercanos a la realidad virtual, que
serán aplicables a los laboratorios virtuales cuando
estén disponibles los equipos necesarios para los
estudiantes.

Continuando con la secuencia de niveles descrita
anteriormente, pero aclarando que acá se entra en
tecnología que supera lo actualmente disponible en la
UNED, se encuentran los siguientes nivel quinto a
ocho.

En el quinto nivel se tienen laboratorios en que la
falta de certeza en las mediciones y la variabilidad aleatoria
de algunos parámetros limitan el control que
tiene el usuario. Para explicar esto se puede usar un
símil: en las simulaciones actuales, se puede lanzar una
canica digital a un frasco y si se apunta en la dirección correcta, cae dentro. En las
futuras, factores como el viento y la oscuridad en la
habitación digital afectarán la trayectoria:
será más difícil acertar. Estos
laboratorios que imitan, por ejemplo, la falibilidad de la
puntería humana, están siendo desarrollados en
Québec por Marc Couture y Alexandre Francis
(VPLab,

http://www.licef.teluq.uquebec.ca/gmec/lvphysique/LVP_EDMEDIA.htm

Algunos de los desarrollos más importantes se
han dado en el área de los entretenimientos para
adultos, tal vez por su gran potencial comercial, y ha seguido
etapas de creciente complejidad.

Aunque todavía se vende una simulación básica de imagen y sonido
con poca interactividad similar al nivel tercero o cuarto de
los laboratorios ya descritos (e.g.
http://www.virtualsexgames.com/), se ha alcanzado ya el sexto
nivel, con máquinas
que permiten al usuario mirar una imagen y percibir en su
piel las
sensaciones correspondientes
(http://www.vrinnovations.com/), aunque tiene muy poco
control sobre la secuencia de eventos.

El séptimo nivel corresponde a la nueva
tecnología que permite una interacción con otra persona
conectada a la red Internet, usando casco y traje
(http://www.cnn.com/2001/TECH/computing/01/19/virtual.sex.idg/).

El octavo nivel, que una vez desarrollado
podría permitir una buena relación costo /
beneficio en los laboratorios virtuales, se relacionaría
con reproducir experiencias mediante implantes
eléctricos dentro del cuerpo humano (Jaccoma, R. 2002
Virtual sex is coming. The bad news is it's being developed by
the English.
http://www.seattleweekly.com/features/0103/tech-jaccoma.shtml).
A pesar del enorme potencial de esta tecnología para el
campo educativo, su desarrollo es todavía tan preliminar
que es difícil juzgar si tendrá uso
práctico en este y otros campos.

¿CUANDO SE DEBE USAR LABORATORIOS
VIRTUALES?

Si se parte de un prejuicio
negativo contra los laboratorios virtuales, puede decirse que
las simulaciones o "laboratorios virtuales" son incapaces de
reemplazar a la vida real. Obviamente ello es cierto, al menos
con los niveles 1o a 7o, pero si el
laboratorio real no es posible o conveniente, el laboratorio
virtual es bueno como sustituto o al menos para entrenamiento
antes de realizar prácticas peligrosas, especialmente si
se cuenta con simuladores mecánicos o realidad virtual
en lugar de una simple pantalla
(http://csd.newcastle.edu.au/control/virtual_labs.html). Como
hacen automáticamente algunos cálculos rutinarios
liberan tiempo para comprender y como presentan los cambios de
manera gráfica facilitan el aprendizaje
(http://www.qrg.ils.nwu.edu/ideas/avlidea.htm).

En la UNED los laboratorios virtuales son opcionales
en algunos cursos, y tanto la versión virtual como la
tradicional con laboratorios reales tienen suficiente
matrícula.

REQUISITOS DE LOS LABORATORIOS
VIRTUALES

Kappelman (2002) presenta los requisitos de un buen
laboratorio virtual:

1.- Ser auto contenido

2.- Ser interactivo

3.- Combinar imágenes bidimensionales y
tridimensionales

4.- Tener animación tridimensional,
video y
sonido

5.- Incluir ejercicios (cuya
calificación puede ser enviada automáticamente al
Docente)

6.- Instalación
automática

7.- Que la navegación no sea
necesariamente lineal

8.- Posibilidad de guardar notas sin necesidad
de procesador de
textos Externo.

9.- Un buscador.

Analizando los laboratorios de la UNED, se nota que
los más antiguos cumplían solo los requisitos 1,
2, 3, 5 y 7. Los más recientes tienen casi todas,
faltando únicamente los puntos 8 y 9. Para el caso de la
UNED, ninguno de ellos parece necesario, pues ningún
estudiante ha indicado la necesidad de hacer notas en el
laboratorio mismo, y un buscador es poco útil debido a
que cada laboratorio es pequeño.

CORRIENTE ALTERNA

Se denomina Corriente
alterna (CA ó AC en inglés) a la corriente
eléctrica que cambia repetidamente de polaridad.
Esto es, su voltaje instantáneo va cambiando en el
tiempo desde 0 a un máximo positivo, vuelve a cero y
continúa hasta otro máximo negativo y así
sucesivamente. La corriente alterna más
comúnmente utilizada, cambia sus valores
instantáneos de acuerdo con la función
trigonométrica seno, de ahí se
denominación de corriente alterna senoidal.

A continuación se muestra la forma de onda de
esta corriente:

Las líneas de transmisión son
dependientes del flujo o intensidad de corriente y no del flujo
de energía, por lo que si mediante un transformador
elevamos el voltaje hasta altos valores (alta tensión),
la misma potencia puede ser distribuida a largas distancias con
bajas intensidades de corriente y por tanto con bajas
pérdidas. Una vez en el punto de utilización o en
sus cercanías el voltaje puede ser de nuevo reducido
para su uso doméstico de forma segura.

CORRIENTE CONTINUA

Es la corriente eléctrica que fluye siempre en
el mismo sentido. El flujo de una corriente continua
está determinado por tres magnitudes relacionadas entre
sí. La primera es la diferencia de potencial en el
circuito, que en ocasiones se denomina fuerza
electromotriz, tensión o voltaje. La segunda es la
intensidad de corriente. Esta magnitud se mide en amperios; 1
amperio corresponde al paso de unos 6.250.000.000.000.000.000
electrones por segundo por una sección determinada del
circuito. La tercera magnitud es la resistencia del
circuito. Normalmente, todas las sustancias, tanto conductores
como aislantes, ofrecen cierta oposición al flujo de una
corriente eléctrica, y esta resistencia limita la
corriente.

Para medir la intensidad de la corriente se utiliza el
amperímetro. Éste se instala siempre en un
circuito de manera que por él circule toda la corriente,
es decir, en serie.

4.2. Antecedentes del problema

El presente trabajo surgió como propuesta de
investigación por parte de nuestro asesor de curso, con
la finalidad de investigar y encontrar una mayor
aprehensión del curso por parte de los
alumnos.

El presente proyecto de
investigación por ser un tema nuevo, nos encontramos
con escasa información, la cual nos dificulta para su
ejecución de este proyecto, la gran mayoría de
información encontrada es de páginas
Web, esperamos sea asequible a todas aquellas personas que
desean aprender algo más, sobre todo a aquellos
estudiantes universitarios.

V. CRONOGRAMA DE
ACTIVIDADES

IX.
CONCLUSIONES

• Se precisa la idea de que esta herramienta informática, como medio que favorezca el
  aprendizaje
  en el contexto del laboratorio, sea utilizada antes y
  después del proceso de
  medición, enriqueciendo las hipótesis que elabora el estudiante sobre
  la solución de la situación problemática.
  Por tal razón, el seguimiento de la misma,
  permitirá ampliar su visión sobre el sistema de
  conocimientos, y a su vez, garantizará el adecuado
  vínculo entre el modelo
  físico y la realidad.

X.
BIBLIOGRAFÍA

Enciclopedia Encarta 2005. Microsoft
Corporation

http://www.google.com.pe

http://www.altavista.com

http://colos.fcu.um.es/TICEC05/TICEC05/56_564.pdf.

http://rbt.ots.ac.cr/public/evolab6.doc

Autor:

César Ochoa Saavedra.