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Segunda ĂŠpoca

Indexada en Publindex 2007-2008


INSTITUTO TECNOLÓGICO METROPOLITANO Institución universitaria adscrita a la Alcaldía de Medellín REVISTA TECNOLÓGICAS/SEGUNDA ÉPOCA Edición Especial 2009. ISSN 01 23-7799 Indexada en Publindex 2007-2008 Categoría C Revista dirigida a la comunidad científica de habla hispana Interesada en el desarrollo científico y tecnológico Rector José Marduk SÁNCHEZ CASTAÑEDA Director Centro de Investigación Edilson DELGADO TREJOS Editor Edilson DELGADO TREJOS Secretaría Técnica Maria Elena MONCADA ACEVEDO Francisco E. LÓPEZ GIRALDO Comité Editorial María Elena MONCADA ACEVEDO, PhD Edilson DELGADO TREJOS, PhD Adolfo ESCOBAR ORDOÑEZ, PhD Jorge Enrique BUITRAGO GARCÍA, PhD Francisco E. LÓPEZ GIRALDO, PhD Camilo VALENCIA BALVIN, PhD(c) Germán MORENO OSPINA, PhD Edgar Alberto RUEDA MUÑOZ, PhD Germán CASTELLANOS DOMÍNGUEZ, PhD Álvaro OROZCO GUTIÉRREZ, PhD Óscar M. DÍAZ BETANCOURT, PhD Mauricio OROZCO ALZATE, PhD Diseño, diagramación e impresión Editorial L. Vieco e Hijas Ltda. Artículos abiertos a discusión y crítica. Se solicita canje

INSTITUTO TECNOLÓGICO METROPOLITANO Calle 73 No. 76A 354 – Tel. (57+4) 4405100 tecnologicas@itm.edu.co www.itm.edu.co


Contenido

Editorial...........................................................................................7 Modelos dinámicos estocásticos en aplicaciones biomédicas....... 11 Milton Orlando Sarria Paja Control adaptativo implementado sobre un controlador lógico programable.............................................29 Cristian Guarnizo Lemus Santiago Sánchez Acevedo Control ventilatorio en Matlab. “Simulación de la mecánica pulmonar”.........................................41 Andrés Felipe Ramírez Barrera Juan David Berrio Vargas Paula Andrea Berrio Diego Luis Álvarez Jorge Farbiaz Análisis estructural de una losa vial bajo carga estática y simulación por el método de elementos finitos. .......................... 57 Francisco Javier Vélez Hoyos Claudia Milena Serpa Imbett Recursos didácticos con matlab: interfaz gráfica de usuario para caracterizar curvas en el espacio tridimensional. .............. 71 Juan Carlos Molina García


La comunicación de la ciencia y la tecnología: un estudio de caso en la ciudad de Medellín...............................85 Silvia Inés Jiménez G. Marta Palacio S. Evaluación del impacto de las actividades de promoción desarrolladas con estudiantes de enseñanza media

del itm campus castilla...............................................................107

Morela Del Socorro Moncada Gonzalez Maria Eugenia Bedoya Toro Yuli Andrea Ocampo


Editorial

Propiciar e incentivar los eventos que buscan difundir la investigación que actualmente se realiza en el Instituto Tecnológico Metropolitano de Medellín es de vital importancia para mantener latente el interés de todos los integrantes del ITM en los procesos de investigación. La formación integral de talento humano en ciencia y tecnología con fundamento en la excelencia de la investigación es parte de la Misión del ITM, por tal razón y con motivo de las Jornadas de Investigación realizadas en el Instituto Tecnológico Metropolitano los días 28 y 29 de septiembre del presente año, el Comité Editorial de la Revista Tecno Lógicas decidió realizar una edición especial conformada por los trabajos que fueron presentados en estas jornadas de investigación y posteriormente sometidos para su publicación. Uno de los objetivos principales en el estudio de las señales biomédicas es generar herramientas de diagnóstico asistido para poder detectar patologías mediante técnicas no invasivas. Milton Orlando Sarria presenta una interesante evaluación comparativa de técnicas de entrenamiento en un sistema de identificación de patologías, específicamente se enfoca en señales de voz y señales fonocardiográficas, utilizando modelos ocultos de Markov. El autor reporta que se alcanzan tasas de acierto del 96.3 % en detección de patologías de voz, y del 92.1 % en la detección de soplos cardíacos, además demuestra que para mejorar el desempeño de un sistema de detección de patologías no solo se debe tener un buen conjunto de características sino también un criterio de entrenamiento adecuado que se enfoque en la generación de una frontera de decisión óptima, buscando de esta manera que no sea necesario incrementar la complejidad del modelo, y que la etapa de entrenamiento sea más eficiente.


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En muchos procesos industriales es necesario que el sistema que los controla se adapte a los cambios que se presentan en su dinámica debido a diferencias de ciertas cantidades como pueden ser la temperatura y el tiempo de uso, por tal motivo Cristian Guarnizo Lemus y Santiago Sánchez Acevedo presentan la implementación de algunos procedimientos de identificación y controladores que emplean los parámetros estimados del sistema para realizar control adaptativo en un controlador lógico programable. Los autores obtienen un mejor desempeño de control empleando la técnica de control por modelo de referencia y plantean un panorama de posibilidades de controladores adaptativos para los PLC a partir de los resultados y los algoritmos implementados. La ventilación artificial es una técnica utilizada como apoyo de la respiración para mejorar el intercambio gaseoso y aliviar la dificultad respiratoria, aunque esta técnica es muy importante para salvar vidas, su uso conlleva al riesgo de complicaciones graves. En procura de buscar una mejor atención del paciente que se encuentra bajo la técnica de respiración artificial, Andrés Felipe Ramírez Barrera, Juan David Berrio Vargas, Paula Andrea Berrio, Diego Luis Álvarez y Jorge Farbiaz presentan un trabajo basado en el desarrollo de algoritmos escritos en código Matlab, con interface en GUIDE, que simula el control de la ventilación mecánica basados en un modelo eléctrico capaz de adaptarse a las particularidades que presenta un sistema ventilatorio. Para la realización de este proyecto los autores desarrollaron una simulación de la mecánica pulmonar, teniendo en cuenta la gran utilidad que tiene el software utilizado por ellos para la simulación de sistemas biológicos y casos patológicos cuyo objetivo final es la simulación de la Ventilación Mecánica. Interesantes comparaciones son realizadas por los autores, una de ellas es el efecto en la presión pleural de una mujer sana debido a la edad mediante la comparación de una mujer de 20 años con una mujer de 70 años. Con el objetivo de brindar una descripción del comportamiento estructural de una losa vial de concreto cuando es sometida a una carga típica, Francisco Javier Vélez Hoyos y Claudia Milena Serpa

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Imbett proponen un modelado computacional por medio de la técnica de elementos finitos, de tal modo que sirva como referente para el estudio del comportamiento de las vías de los sistemas de transporte masivo. Juan Carlos Molina García presenta una Interfaz gráfica de usuario, que hace uso de funciones y herramientas del Matlab para caracterizar curvas en el espacio tridimensional. Los resultados que ofrece esta interfaz, por su impacto como recurso didáctico, no sólo son de uso práctico como estrategia de enseñanza y aprendizaje, sino también como una herramienta de estudio de modelos tridimensionales que permite el contraste de resultados y la verificación de las propiedades de las funciones vectoriales. Esta interfaz gráfica hace parte de un conjunto de aplicaciones desarrolladas como recursos didácticos para el aprendizaje de las ciencias básicas, dentro del proyecto de investigación: Estrategias didácticas para la enseñanza y el aprendizaje significativo del cálculo, proyecto a cargo del grupo Da Vinci de la Facultad de Ciencias del Instituto Tecnológico Metropolitano de Medellín. Silvia Inés Jiménez y Marta Palacio abordan los resultados de la investigación “La comunicación de la Ciencia y la Tecnología en los museos de Ciencia y Tecnología de la ciudad de Medellín”. Las autoras exponen un análisis desde los modelos de Déficit Simple, Déficit Complejo y Modelo Democrático de las estrategias de comunicación usadas en los museos y parques de ciencia y tecnología de la ciudad de Medellín. Sostienen en este estudio que, “comunicar los desarrollos científicos y tecnológicos en un momento tan coyuntural por la presión que ejerce la demanda para que el conocimiento llegue al ciudadano de a pie, implica reconocer que la ciencia y la tecnología, no deben expresarse en un lenguaje que se aleje cada vez más de las posibilidades de comprensión para quien no es experto y así contribuir con una formación crítica del ciudadano frente a los desarrollos tecnocientíficos”. El estudio lo llevaron a cabo mediante un enfoque cualitativo y el análisis de los modelos de comunicación citados, les permitió encontrar obstáculos importantes por resolver en las estrategias de comunicación empleadas, para lograr la comprensión y apropiación de la ciencia y tecnología.

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Morela Del Socorro Moncada Gonzalez, Maria Eugenia Bedoya Toro y Yuli Andrea Ocampo presentan su trabajo de evaluación de las actividades de promoción que se desarrollan con estudiantes de enseñanza media del ITM Campus Castilla, con el fin de evaluar el logro particular, las expectativas y las posibilidades de ingreso a la educación superior. Las autoras muestran que en las actividades de alfabetización científico-tecnológicas, encuestas y sensibilizaciones académicas realizadas a los estudiantes del grado décimo se ha encontrado en sus intereses académicos una gran afinidad con las carreras que tiene el Instituto Tecnológico Metropolitano. Como resultado de este trabajo se tiene la propuesta de reestructuración de un programa con énfasis en ciencias básicas, mediante la incorporación permanente de actividades de promoción en los currículos. El objetivo de lo anterior es garantizar una mayor efectividad en el ingreso de los estudiantes a los programas de corte científico y tecnológico en la educación superior, en los cuales gran parte de los estudiantes presentan serias dificultades en los primeros niveles de sus estudios.

Francisco E. López Giraldo Académico Investigador Centro de Investigación Instituto Tecnológico Metropolitano

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Modelos dinámicos estocásticos en aplicaciones biomédicas Milton Orlando Sarria Paja1

Resumen Este trabajo presenta una evaluación comparativa de técnicas de entrenamiento en un sistema de identificación de patologías en señales biomédicas, específicamente sobre señales de voz y señales fonocardiográficas, empleando modelos ocultos de Markov. Los resultados muestran que las técnicas de entrenamiento discriminativo tienen mejor capacidad de generalización comparado con el entrenamiento generativo, y además que la estructura y complejidad del modelo está relacionada con el tipo de dinámica a modelar. Se alcanzan tasas de acierto del 96.3 % en detección de patologías de voz, y del 92.1 % en la detección de soplos cardíacos.

Palabras clave Modelos Ocultos de Markov, Detección de patologías, Entrenamiento discriminativo, Curvas de desempeño.

Abstract This paper presents a comparative evaluation of training in a pathologies identification system for biomedical signals, specifically on voice and phonocardiogram signals, by using hidden Markov models. The results show that discriminative training techniques have a better generalization ability compared with generative training, also that the structure and complexity of the model is related to the type of

1 Ingeniero Electrónico, Maestría en Ingeniería – Automatización Industrial. Universidad Nacional de Colombia – Sede Manizales. Docente Ocasional instituto tecnológico metropolitano – Institución Universitaria, Grupo de investigación en Maquinas Inteligentes y Reconocimiento de Patrones – MIRP, correo electrónico: miltonsarria@itm.edu.co Fecha de recepción: 4 de noviembre de 2009 Fecha de aceptación: 20 de noviembre de 2009

Revista Tecnológicas, Edición Especial, 2009


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dynamic modelling. It is reached an accuracy of 96.3% in the detection of pathological voice, and 92.1% in the detection of heart murmurs.

Keywords Hidden Markov Models, Detection of pathology, Discriminative training, Performance curves.

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1. Introducción En este trabajo se aborda el problema de detección automática de patologías en señales biomédicas, donde el principal objetivo es generar herramientas de diagnóstico asistido mediante técnicas no invasivas (Jianglin, 2007). Para tal fin se implementa un sistema de clasificación basado en modelos ocultos de Markov (HMM) (Rabiner, 1989). El entrenamiento de los HMM implica el ajuste de los parámetros de un modelo, tal que se extraiga la máxima información de las secuencias de observación. Entre los métodos conocidos están el criterio basado en la estimación de máxima verosimilitud (Maximum Likelihood Estimation - MLE) (Bilmes, 1998), donde se optimiza la descripción del respectivo modelo para un conjunto dado de observaciones (función de verosimilitud), sin tener relación explícita con el rendimiento del clasificador, por lo cual este es un criterio de entrenamiento generativo. Por otro lado están los métodos de entrenamiento discriminativo, por ejemplo, la técnica de Máxima Información Mutua (Maximum Mutual Information – MMI) (Bahl, 1986), donde se busca optimizar la probabilidad a posteriori de los datos de entrenamiento y, por lo tanto la separabilidad entre clases, o el criterio de Mínimo Error de Clasificación (Minimum Classification Error - MCE) (Juang, 1997) donde se minimiza el error de clasificación mediante la formulación de una función de error empírica. En cuanto a las medidas de desempeño, en el caso de los sistemas de diagnóstico asistido, se ha sugerido el empleo de medidas de desempeño mucho más robustas que el error de clasificación o la precisión, por ejemplo, el empleo de la curva ROC (Receiver Operating Characteristic curve) (Hanley, 1982), que tiene la capacidad de representar el desempeño global del sistema en diferentes puntos de operación, un indicador muy importante es el del área bajo la curva ROC ó ABC. La comparación de los métodos de entrenamiento empleados (MLE, MMI y MCE), se realiza sobre la base de datos de patologías

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de voz desarrollada por The Massachusetts Eye and Ear Infirmary Voice Laboratory (MEEIVL), y la base de datos de fonocardiografía perteneciente al grupo de Control y Procesamiento Digital de Señales de la Universidad Nacional de Colombia, Sede Manizales. Este manuscrito esta estructurado de la siguiente manera: En la sección 2 se hace una descripción detallada de las técnicas de entrenamiento generativo y discriminativo, aplicables a HMM. En la sección 3 se describe el ajuste experimental, como las bases de datos, la parametrización, la metodología de validación y la arquitectura del modelo. Las dos últimas secciones presentan los resultados y conclusiones del trabajo.

2. Materiales y métodos Considere un conjunto de R observaciones de entrenamiento , con sus respectivas categorías o etiquetas, , donde , siendo M el número total de clases. Cada registro ϕrnϕr se representa por una secuencia de longitud nϕr de vectores de características . Los modelos ocultos de Markov describen procesos estocásticos doblemente anidados, compuestos de una capa oculta que controla la evolución temporal de las características espectrales de una capa observable (Rabiner, 1989). El conjunto total de parámetros de los HMM se denota por Θ y se compone por M modelos, es decir, Θ {λm}, donde λm denota los parámetros del HMM que representa la categoría o clase cm y está definido por el conjunto de parámetros λm={A(m), B(m), π(m),} , donde A(m) es la matriz de transición de estados, y está compuesta por las probabilidades discretas aij(m) que representa la probabilidad de pasar del estado si al estado sj, B(m) corresponde a la función densidad de probabilidad de observación. Existen dos formas de distribuciones de salida que pueden ser consideradas. La primera es una suposición de observación discreta donde se asume que una observación es una de nv posibles símbolos de observación v ={vk : k= 1, ..., nv}. El segundo caso corresponde a observaciones

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continuas y se describen mediante un modelo de mezclas de Gaussianas por estado, definido como:

(1)

Donde μ(m)jk es el vector de medias y Σ(m)jk la matriz de covarianzas de la k-ésima mezcla del estado sj, que por simplicidad se asume diagonal, es decir, Σ(m)jk =[σ2(m)jkl]pl=1, y p la dimensión del vector de observación ϕr,t, además, μ(m) corresponde al vector de probabilidad de estado inicial (Bilmes, 1998).

2.1 Criterios de entrenamiento Criterio MLE. Se asume que la forma funcional de P(ϕrnϕr|cr) es conocida, y puede estimarse al ajustar el conjunto de parámetros del modelo para de esta forma optimizar la descripción del respectivo modelo para un conjunto dado de observaciones. La función objetivo ML se define como:

(2)

Cuya optimización se alcanza ajustando los parámetros de cada modelo, por separado, con los datos de entrenamiento de cada clase, de tal forma, que el valor de (2) alcance un máximo (Bilmes, 1998). Criterio MMI. Dada una secuencia de observación, se debe escoger la clase cm que tenga el mínimo de incertidumbre. Ésta condición puede alcanzarse minimizando la entropía condicional, H(C|Y) – I(C;Y), cuya optimización implica minimizar la entropía H(C), o bien maximizar la información mutua I(C; Y). La primera tarea corresponde a hallar el modelo con el mínimo de entropía, que analíticamente es complejo e intratable. En la segunda aproximación, se maximiza la información mutua (Bahl, 1986):

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Criterio MCE. Incluye una función de pérdida, proporcional al error de clasificación, fMCE (Θ) = li (ϕrnϕr; Θ), y que se asocia al costo de asignar la secuencia ϕrnϕr a la clase ci, se define como:

Debido a que ésta no es una función derivable, se ha propuesto en cambio emplear una función sigmoidal:

(4)

Donde di(ϕ) es de la forma:

(5)

con gi(ϕ; λi) definido como la función de verosimilitud condicional para la clase ci y η es una constante positiva (Juang, 1997).

2.2 Curva ROC - Receiver Operating Characteristic La toma de decisiones clínicas exige la valoración de la utilidad de cualquier prueba diagnóstica, es decir, su capacidad para clasificar correctamente a los pacientes en categorías o estados en relación con la enfermedad (típicamente dos: estar o no estar enfermo, respuesta positiva o negativa). El análisis de su validez puede obtenerse calculando valores como error de clasificación, sensibilidad y especificidad. Sin embargo La curva más utilizada en la literatura médica para la toma de decisiones es la curva ROC (Receiver Operating Characteristic), que representa la tasa de falso acierto o falsa aceptación (FP) en función de la tasa de acierto o aceptación verdadera (VP), para diferentes valores del umbral de decisión (γ ). La disposición de la ROC (figura 1) depende de la forma y del solapamiento de las distribuciones subyacentes de las clases (patológica, normal – positiva, negativa) (Hanley, 1982).

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En el caso de HMM, el cálculo de la curva ROC se hace mediante los cocientes o scores de verosimilitud estimados de cada registro con los modelos para cada clase. Con los scores obtenidos se crea un histograma, que para los registros que pertenecen a la clase positiva (clase 0) debería estar situado en su mayor parte a la derecha y para los que pertenecen a la clase negativa (clase 1) en su mayor parte a la izquierda. Así, la puntuación para la secuencia ϕrnϕr está dada por:

(6)

Donde λi está asociado a la clase ci, i = 0,1. El histograma normalizado se puede interpretar como una versión discreta de las funciones densidad de probabilidad de las clases. Una mayor precisión diagnóstica de la prueba se traduce en el desplazamiento hacia arriba y a la izquierda de la curva ROC, lo que sugiere que el área bajo la curva (ABC) se puede emplear como un índice conveniente de la exactitud global de la prueba; el mejor indicador correspondería a un valor de 1 y el mínimo a uno de 0.5 (si fuera menor de 0.5 debería invertirse el criterio de decisión de la prueba).

Figura 1. Construcción de la curva ROC.


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3. Marco Experimental 3.1 Bases de datos Base de datos 1 – DB1: Esta base de datos fue desarrollada por el Massachusetts Eye and Ear Infirmary Voice Laboratory (MEEIVL, 1994). Debido a la heterogeneidad de la base de datos (diferente frecuencia de muestreo en la adquisición de los registros), los registros utilizados fueron remuestreados a una frecuencia de muestreo de 25 kHz y con una resolución de 16 bits. Corresponden a p ronunciaciones de la vocal sostenida /ah/. Se utilizaron 173 registros de pacientes patológicos (con una amplia gama de patologías vocales: orgánicas, neurológicas, traumáticas y psíquicas) y 53 (Arias, 2007). Cada registro fue ventaneado uniformemente con una ventana tipo Hanning de 40 ms, con un traslape del 50%. A cada ventana se le extrae un vector de 16 características, 12 MFCC (Mel-Frequency Cepstrum Coefficients) (Acero, 2001), la energía de la ventana (En), la relación armónico ruido (Harmonic-to-Noise Ratio - HNR) (de Krom, 1993), la energía de ruido normalizada (Normalized Noise Energy - NNE) (Kasuya, 1986) y la relación excitación glottal ruido (Glottal to Noise Excitation Ratio - GNE) (Michaelis, 1997). Los MFCC son derivados del cálculo de la FFT (Fast Fourier Transform) (Rabiner, 1993). Esta aproximación no paramétrica permite modelar los efectos de las patologías en la excitación (pliegues vocales) y en el sistema (tracto vocal), mientras que un enfoque paramétrico como Linear Predictive Coefficients (LPC) presenta problemas debido a que las patologías introducen no linealidades en el modelo (Godino-Llorente, 2005). Los parámetros relacionados con mediciones de ruido (HNR, NNE, GNE), están diseñados para medir la componente de ruido relativo en las señales de voz. Debido a que estas medidas dan una idea de la calidad y grado de normalidad de la voz (Saénz-Lechon, 2008).

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El vector de características p-dimensional se forma concatenando el conjunto de parámetros de ruido mencionados, además de su primera (Δs1) y segunda (Δ(Δs1)) derivada temporal debido, a que la velocidad de los cambios en los coeficientes dan información importante de su comportamiento dinámico (Godino-Llorente, 2005).

        ∆ ∆  ∆     



Figura 2. Estructura del vector de parámetros

Base de datos 2 – DB2: La base de datos de señales FCG usada en este trabajo consta de 35 sujetos adultos, quienes dieron su consentimiento informado aprobado por un comité de ética en un centro hospitalario, y se sometieron a un examen médico. Un conjunto de 16 pacientes fue etiquetado como normal, mientras que 19 mostraron evidencia de soplos sistólicos (6 pacientes) y soplos diastólicos (13 pacientes), causados por deficiencias valvulares. Además, para cada paciente, se tomaron 8 registros correspondientes a los cuatro focos tradicionales de auscultación (mitral, tricúspide, aórtico y pulmonar) en las fases de apnea post-espiratoria y postinspiratoria (Chizner, 2008). Se etiquetaron los datos por cada latido del paciente y la base de datos quedó conformada por 274 latidos normales e igual cantidad de latidos patológicos con el fin de tener las clases balanceadas. Se decide realizar un diagnóstico por cada uno de los latidos, pues los soplos cardíacos generalmente no aparecen en todos los focos de auscultación a menos que sean muy intensos, y es más precisa la evaluación por cada uno de los latidos en lugar de tener en cuenta el registro completo del paciente. Las señales se muestrean a una tasa de 44,1kHz con una precisión de 16 bits. Debido a que El rango de frecuencias de la señal FCG se encuentra entre los 10Hz y los 1000Hz aproximadamente


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(Zhidong, 2005; Ahlstrom, 2006) las señales se remuestrean a 4000Hz con un previo filtrado pasa bajas para evitar el efecto de aliasing. Esta base de datos pertenece al grupo de Control y Procesamiento Digital de Señales de la Universidad Nacional de Colombia, Sede Manizales. Se realiza el calculo de 11 Coeficientes cepstrales a partir del escalograma que involucra el cálculo de la transformada wavelet continua (CWT - Continuous Wavelet Transform), la cual requiere especificar la onda madre con la cual se realiza la descomposición. Para este caso se elige la wavelet madre Morlet, pues la CWT es altamente redundante y no requiere de una base ortogonal. La wavelet Morlet se construye multiplicando una función Gaussiana por una sinusoide de la frecuencia analizada. Esta onda madre es flexible en resolución de tiempo y escala, ya que la localización en el tiempo se puede cambiar al modificar la longitud de la función gaussiana, independientemente de su frecuencia de oscilación. Cuando se usa la wavelet Morlet, la conversión entre escala y frecuencia es simple e intuitiva (Marchant, 2003). Se utilizan filtros distribuidos según la escala Mel si el espectro de la señal a analizar se encuentra dentro del rango auditivo humano; de lo contrario, se distribuye linealmente. Se utilizan filtros triangulares, con un solapamiento de 50% y una cantidad constante de 32 filtros.

3.2 Entrenamiento, arquitectura del modelo y evaluación de desempeño Es posible utilizar dos enfoques diferentes teniendo en cuenta el tipo de observaciones a modelar, dependiendo si son continuas o discretas para la función densidad de probabilidad Β se deberán estimar los parámetros necesarios, en el caso continuo la distribución se modela mediante un modelo de mezclas de Gaussianas donde es necesario estimar los pesos de ponderación, el vector de medias y la matriz de covarianzas por estado, para el caso discreto se estima la probabilidad de emitir el símbolo k en el estado i generando un vector de probabilidades por cada estado. Es posible por lo tanto variar el número de estados, el numero de Gaussianas por estado

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en el caso continuo y el número de símbolos a emplear o tamaño de libro de códigos en el caso discreto. En la Figura 3 se muestra la estructura general del sistema de clasificación. En la primera etapa se encuentra la estimación de características dinámicas, como se menciono anteriormente para registros de voz se estiman 48 características y para los registros de FCG 11 características. Posterior a esto, sigue la estimación de parámetros iniciales, esta etapa corresponde a la inicialización del modelo de Markov. Generación del libro de códigos y cuantización vectorial para el caso discreto, e inicialización de los parámetros de los modelos de mezclas de Gaussianas en el caso continúo. En los dos casos se requiere emplear algoritmos de agrupamiento, en este trabajo se emplea algoritmo de k-medias. Los parámetros adicionales del modelo de Markov tales como matriz de transición y vector de probabilidad inicial se inicializan de forma aleatoria de tal forma que cumplan las restricciones estadísticas.

Figura 3. Estructura del sistema de clasificación

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La siguiente etapa corresponde al entrenamiento o ajuste de los parámetros de los modelos. En esta etapa se cuenta con dos filosofías de entrenamiento, entrenamiento Generativo donde el ajuste se realiza mediante la estimación de máxima verosimilitud (MLE) entre el modelo y los datos, y el entrenamiento discriminativo donde se cuentan con diferentes técnicas o criterios siendo los más representativos el criterio de Mínimo Error de Clasificación (MCE) y Máxima Información Mutua (MMI). El siguiente paso es la evaluación del sistema de clasificación para lo cual se debe contar con un conjunto de registros que no han sido tenidos en cuenta en ninguna de las etapas de generación de los modelos. En esta fase de evaluación o validación se tendrá en cuenta básicamente dos indicadores para medir del desempeño del sistema. El indicador más conocido y ampliamente empleado es la precisión o tasa de acierto y se refiere a la porción de patrones clasificados correctamente por el sistema. Además se tiene en cuenta la curva ROC y mas precisamente el área que encierra (ABC).

4. Resultados Con la base de datos DB1 inicialmente se realizan pruebas sobre esquemas discretos para determinar la mejor arquitectura variando el número de estados y el tamaño del libro de códigos empleando el criterio MLE. Los resultados se muestran en la Tabla 1. Tabla 1. Resultados HMM discreto - MLE (DB1). Número de estados CB

3

5

10

Precisión

Precisión

Precisión

64

92.6 ± 2.7

91.1 ± 2.8

90.9 ± 3.0

128

90.0 ± 4.0

90.0 ± 4.0

89.9 ± 3.5

Se observa que una configuración óptima no necesariamente se alcanza con un modelo complejo y con un número de parámetros elevado, para esté caso particular se tiene que el mejor rendimiento se alcanza al utilizar 3 estados y un libro de códigos de 64 símbolos.

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Ésta arquitectura se emplea para comparar los criterios de entrenamiento MLE, MCE y MMI, los resultados se muestran en la Tabla 2. Tabla 2. Comparación de criterios de entrenamiento - HMM discreto (DB1). Entrenamiento

ABC

Precisión

MLE

0.9201±0.04

92.6±3.4

MMI

0.9510±0.03

93.9±3.2

MCE

0.9600±0.02

94.2±2.1

Analizando los indicadores de desempeño se encuentra que empleando con una arquitectura muy simple de HMM es posible mejorar el rendimiento de un sistema de clasificación, si se emplea un criterio de entrenamiento adecuado, los criterios de entrenamiento discriminativos muestran una clara superioridad sobre la técnica de entrenamiento estándar. Siendo el criterio MCE el que muestra el mejor desempeño. Realizando el análisis cuando se cambia la estructura del modelo, es decir, cuando se emplean densidades de observación continua, variando el número de estados y el número de Gaussianas por estado (NG).Los resultados se muestran en la Tabla 3. Tabla 3. Resultados HMM continuo - MLE (DB1). Número de estados NG

2

3

5

10

T.A.

T.A.

T.A.

T.A.

2

94.1 ± 1.1

94.3 ± 2.6

92.7 ± 3.0

84.7 ± 3.0

3

94.6 ± 1.3

91.1 ± 1.8

90.5 ± 2.9

82.3 ± 2.3

4

91.5 ± 3.4

91.4 ± 2.8

90.6 ± 2.8

81.0 ± 2.8

Para esta base de datos y al igual que en el caso discreto, incrementar la complejidad del modelo no implica un incremento en el desempeño del sistema de clasificación. Analizando la tabla se puede notar que el mejor desempeño alcanzado con un esquema continuo está al nivel del desempeño que se alcanza con un


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esquema discreto entrenado con MCE. Para comparar el criterio de entrenamiento estándar con los criterios de entrenamiento discriminativos se adopta una arquitectura con 2 estados y 3 Gaussianas por estado, ya que esta configuración presenta el mejor desempeño en la Tabla 3. Tabla 4. Resultados HMM continuo - MLE (DB1). Entrenamiento

ABC

T.A.

MLE

0.9604±0.02

94.6±1.3

MMI

0.9690±0.02

95.8±1.9

MCE

0.9701±0.02

96.3±1.4

Al igual que en el caso discreto se encuentra que en general los criterios de entrenamiento discriminativo muestran clara superioridad sobre el criterio MLE, donde el criterio de entrenamiento que mejor desempeño muestra es el criterio MCE. Pruebas similares se realizan con la base de datos DB2, inicialmente se emplean modelos con distribución discreta, teniendo en cuenta que la dinámica a modelar es mas lenta se incluye un modelo de dos estados. Los resultados se muestran en la Tabla 5: Tabla 5. Resultados HMM discreto - MLE (DB2). Número de estados CB

2

3

5

10

T.A.

T.A.

T.A.

T.A.

64

86.1±2.7

86.0±2.8

82.2±4.2

78.9±6.8

128

87.1±1.9

85.9±2.6

77.7±9.5

74.3±9.1

Donde se observa que los mejores resultados se alcanzan un libro de códigos de 128 símbolos y 2 estados. Empleando esta arquitectura y cambiando la técnica de entrenamiento se encuentra que el criterio entrenamiento discriminativo que mejor desempeño muestra es MMI, los resultados evaluando tasa de acierto y área bajo la curva ROC se muestran en la Tabla 6.

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Tabla 6. Comparación de criterios de entrenamiento - HMM discreto (DB2). Entrenamiento

ABC

T.A.

MLE

0.9500±0.01

87.1±1.9

MMI

0.9801±0.01

92.1±1.6

MCE

0.9602±0.02

89.1±1.9

Si el modelo que se emplea esta compuesto de distribuciones de tipo continuo los resultados que se obtienen se muestran en la Tabla 7. Tabla 7. Resultados HMM continuo - MLE (DB2) Número de estados N. G.

2

3

5

10

T.A.

T.A.

T.A.

T.A.

2

83.9±2.7

85.5±1.4

87.1±1.8

88.2±3.1

3

86.6±2.3

86.9±2.1

88.6±1.3

89.0±2.1

4

86.0±1.5

87.4±1.9

88.3±1.4

90.1±2.2

Uno de los aspectos a resaltar es que al incrementar la complejidad del modelo, es decir, aumentar el numero de estados y número de Gaussianas por estado, también aumenta el desempeño del sistema de clasificación, sin embargo, es necesario tener en cuenta que para el caso discreto se obtienen mejores resultados utilizando una arquitectura menos compleja, y además aumentar el numero de Gaussianas puede inducir un sobreentrenamiento y un mayor tiempo de entrenamiento. Para comparar con los criterios de entrenamiento discriminativo se toma una arquitectura de tres estados y tres Gaussianas por estado. Tabla 8. Comparación criterios de entrenamiento – HMM continuo (DB2). Entrenamiento

ABC

T.A.

MLE

0.9329±0.01

86.9±2.1

MMI

0.9490±0.02

87.3±2.2

MCE

0.9611±0.02

89.5±1.4


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Modelos dinámicos estocásticos en aplicaciones biomédicas

En la Tabla 8 se muestran los resultados de la comparación entre los diferentes criterios de entrenamiento, en este caso el criterio que mejor desempeño muestra es MCE, sin embargo, un modelo continuo no alcanza a mostrar los mismos resultados que el caso discreto cuando se utiliza MMI como criterio de entrenamiento.

5. Conclusiones se presenta una evaluación comparativa entre diferentes técnicas de entrenamiento en un sistema de clasificación basado en modelos ocultos de Markov orientado a la detección de patologías en señales biomédicas. En la metodología de evaluación se emplean dos indicadores de desempeño como son la tasa de acierto y el área bajo la curva ROC, lo cual permite tener un marco de comparación mas amplio. La comparación se realiza sobre dos bases de datos que representan procesos fisiológicos completamente diferentes y que permite analizar la dependencia entre la dinámica del proceso y la arquitectura del modelo. Las pruebas realizadas presentan como resultado un desempeño satisfactorio empleando una arquitectura HMM relativamente simple, mejorando el desempeño del método de entrenamiento estándar, mediante el uso de un criterio de entrenamiento discriminativo y un modelo con una arquitectura adecuada, lo cual depende del tipo de dinámica que presentan las señales a modelar. Esto demuestra que para mejorar el desempeño de un sistema de detección de patologías además tener un buen conjunto de características, también se debe tener un criterio de entrenamiento adecuado que se enfoque en la generación de una frontera de decisión óptima, buscando de esta forma que no sea necesario incrementar la complejidad del modelo, y que la etapa de entrenamiento sea más eficiente Como trabajo futuro se propone emplear una etapa de selección/ extracción de características, para reducir el costo computacional en la etapa de entrenamiento. Además llevar esta comparación a otro tipo de señales biomédicas como EEG y ECG. Adicionalmente,

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se propone emplear como medida de desempeño la curva DET (Detection Error Tradeoff) y matrices de contingencia para tener un marco de comparación más amplio.

Agradecimientos Este trabajo se enmarca dentro del proyecto “METODOLOGIA DINAMICA DE DETECCION DE SOPLOS CARDIACOS BASADO EN

HIDDEN MARKOV MODELS” financiado por el INSTITUTO TECNO-

LÓGICO METROPOLITANO - Medellín y la Institución Universitaria

Salazar Herrera.

Referencias Acero, A. (2001). Spoken Language Processing. Prentice Hall. Ahlstrom C. (2006), Processing of the phonocardiographic signal - methods for the intelligent stethoscope, Master’s thesis, Linköping University, Institute of Technology. Arias Londoño J. (2007), “Reducción de espacios de entrenamiento empleando modelos ocultos de markov basados en entrenamiento discriminativo,” tesis de maestría, Universidad Nacional de Colombia - sede Manizales. Bahl L.R., Brown, P.F., Souza, P. V. and Mercer, R.L. (1986) Maximum mutual information estimation of Hidden Markov Models parameters for speech recognition. Proceedings ICASSP. Blimes, J. (1998). A gentle tutorial of the EM algorithm and its applications to parameter estimation for Gaussian mixture and Hidden Markov Models. International Computer Science Institute, Bekerly CA, USA. Chizner M. A.(2008), Cardiac auscultation: Rediscovering the lost art, Curr Probl Cardiol, vol. 33, no. 7, pp. 326–408. De Krom, G. (1993) A cepstrum-based technique for determining a harmonics-to-noise ratio in speech signals. Journal of Speech and Hearing Research, vol. 36, 254-266. Godino Llorente J. I., Gómez-Vilda P., Sáenz-Lechón N., Blanco-Velasco M., Cruz-Roldán F, Ferrer-Ballester M. A. (2005) Discriminative methods for the detection of voice disorders. Proceedings of the 3th International Conference on Non-Linear speech processing, Barcelona, Spain.

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Modelos dinámicos estocásticos en aplicaciones biomédicas

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Control adaptativo

implementado sobre un

controlador lógico programable Cristian Guarnizo Lemus1 Santiago Sánchez Acevedo2

Resumen Se presenta la implementación de algunos procedimientos de identificación y controladores que emplean los parámetros estimados del sistema para realizar control adaptativo en un controlador lógico programable. Se comparan las técnicas de control modelo de referencia y un paso adelante a partir del desempaño al seguir la referencia.

Palabras Clave IEC 1131.3, Control adaptativo.

Abstract Some identification and control procedures which include system estimation for adaptive control in a programmable logic controller are presented. Model reference and one-step-ahead control techniques are compared by the performance obtained following the reference signal.

1 Ingeniero Electricista. Universidad Tecnológica de Pereira, Maestría en Ingeniería Eléctrica. Docente Ocasional ITM Institución Universitaria. 2 Ingeniero Electricista. Universidad Tecnológica de Pereira, Maestría en Ingeniería Eléctrica. Docente Ocasional ITM Institución Universitaria. Fecha de recepción: 10 de noviembre de 2009 Fecha de aceptación: 22 de noviembre de 2009

Revista Tecnológicas, Edición Especial, 2009


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Control adaptativo implementado sobre un controlador lógico programable

1. Introducción Actualmente muchos procesos industriales se requiere que el sistema que los controla se adapte a los cambios que presentan en su dinámica debido a cambios de temperaturas o tiempo de uso, entre otros. Existen algunos métodos que han sido implementados con éxito en computadores, como, técnicas de control adaptativo, no-lineal, basados en modelos predictivos. Algunas de estas técnicas se han realizado en micro procesadores y controladores lógicos programables (PLC), pero se limita la generalización de estas técnicas al reducir su costo computacional para la implementación en estos equipos de menor capacidad de procesamiento. Las técnicas adaptativas tienen aceptación en el control de procesos industriales principalmente porque la permite incorporar diferentes modelos de predicción y manejo de restricciones en las señales del sistema (Valencia-Palomo & Rossiter, 2009). Además de lo anterior, el PLC es un elemento esencial en la industria automatizada. Fue diseñado inicialmente para el control de procesos de eventos discretos, los cuales requerían de una cantidad de relés de control para realizar la lógica de control de un proceso. Al incluir entradas análogas ha permitido realizar control en tiempo discreto aplicando la técnica convencional PID. Finalmente, la tendencia actual que presentan en sistemas de control, es el control de sistemas híbridos, en los cuales se presentan sistemas de eventos discretos y continuos. En algunos documentos se han realizado controladores adaptativos implementados sobre PLC. En (Pérez et al., 2005) se realiza el esquema de control adaptativo basado en la regla de MIT, se realizan pruebas sobre un motor DC, en los cuales se encuentra un desempeño aceptable. Mientras que en (Sysala & Dostal, 2004) se propone un controlador para el PLC utilizando reubicación de polos y el método de identificación mínimos cuadrados para estimar los parámetros del modelo. Finalmente en (Valencia-Palomo & Rossiter, 2009) se presenta la implementación de controlador predictivo auto-sintonizado basado en información de la planta real; el algoritmo se prueba

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empleando dos módulos de laboratorio y se compara su desempeño con un controlador PID comercial utilizando las técnicas más actualizadas de auto-sintonización. En este documento se implementan algunos métodos de estimación y control adaptativo en un PLC Siemens de la familia S7-300. Se obtienen desempeños adecuados en la identificación y control en un sistema simulado desde el mismo PLC.

2. Métodos En esta sección se describen las técnicas de estimación y control implementadas en el PLC. La primera etapa consiste en determinar los parámetros que definen el sistema y a partir de esta identificación controlar el sistema. Si se presenta un cambio en la estructura del sistema, este es identificado por el procedimiento de estimación y al cambiar los parámetros se modifica la ley de control.

2.1 Estimación del sistema Las técnicas de estimación consisten en tomar muestras de las salidas y entradas pasadas del sistema a controlar para estimar el modelo o la función de transferencia que lo rige. Conociendo el sistema y adaptándose a los cambios que estén presentes, es posible controlarlo de manera adecuada. Inicialmente se considera el siguiente sistema en tiempo discreto (DARMA) (Ioannou, 2006):

A( z )y (k ) = z − d B( z )u(k )

donde y(k) y u(k) son la salida y la entrada del sistema en el instante k, respectivamente. A(z) y B(z) son:

A( z ) = z n + a1z n −1 + L + an B( z ) = b0 z n + b1z n −1 + L + bm z n −m

En este caso z representa el operador de desplazamiento, por ejemplo:


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Control adaptativo implementado sobre un controlador lógico programable

zy (k ) = y (k + 1)

z −1y (k ) = y (k − 1)

Si a j con j = 1K n y bi con i = 1K m son los parámetros de que definen el sistema, d es el tiempo de retardo. Entonces se puede expresar la salida actual del sistema como:

y (k ) = θ T φ (k )

φ (k ) = [u(k − d ), u(k − d − 1),K, u(k − d − m ), − y (k − 1),K, − y (k − n )]

T

θ = [ b0 , b1,K bm , a1, a2 ,K, an ]

T

Basados en el modelo anterior se pueden plantear diferentes métodos de identificación. Con los siguientes métodos de identificación se pretende determinar el vector de parámetros θ .

2.1.1 Proyección Ortogonal Uno de los métodos para estimar los parámetros del sistema en línea, es proyección ortogonal. Se basa en el algoritmo de proyección que consiste en re-calcular los parámetros estimados θˆ de acuerdo al error de estimación proyectado sobre el vector φ :

θˆ(k ) = θˆ(k − 1) +

φ (k − 1)  y (k ) − φ (k − 1)T θˆ(k − 1)   φ (k − 1)T φ (k − 1) 

A partir de la anterior ecuación, se obtiene una estimación del sistema. Para hacer el proceso más eficiente, en el algoritmo de proyección ortogonal se segura por medio de la matriz P que la actualización de θˆ(k ) sea ortogonal a todas sus versiones anteriores:

θˆ(k ) = θˆ(k − 1) +

P(k − 2)φ (k − 1)  y (k ) − φ (k − 1)T θˆ(k − 1)  T  φ (k − 1) P(k − 2)φ (k − 1) 

donde

P(k − 1) = P(k − 2) +

P(k − 2)φ (k − 1)φ (k − 1)T P (k − 2) φ (k − 1)T P(k − 2)φ (k − 1)

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el vector P (k − 2)φ (k − 1) en la ecuación anterior, es la componente de φ (k − 1) que es ortogonal a todos los vectores φ (⋅) previos (Astrom & Wittenmark, 1997). Debido a que es posible que el denominador de las ecuaciones anteriores sea igual a cero, se recomienda sumar una constante de valor pequeño.

2.1.2 Mínimos Cuadrados Similar al algoritmo de proyección ortogonal, el algoritmo de mínimos cuadrados tiene la siguiente forma:

θˆ(k ) = θˆ(k − 1) +

P(k − 2)φ (k − 1)  y (k ) − φ (k − 1)T θˆ(k − 1)   1 + φ (k − 1)T P (k − 2)φ (k − 1) 

P(k − 1) = P(k − 2) +

P(k − 2)φ (k − 1)φ (k − 1)T P (k − 2) 1 + φ (k − 1)T P(k − 2)φ (k − 1)

El anterior algoritmo minimiza el error cuadrático medio de la estimación de los parámetros.

2.2 Control a partir del modelo estimado Los controladores adaptativos basan su ley de control a partir de los parámetros estimados del sistema. A continuación se describen los dos métodos utilizados:

2.2.1 Un paso adelante Este control consiste en llevar la salida del sistema a la referencia en un solo paso. Un problema que presenta este controlador es que se presentan valores altos a la entrada del sistema (Ioannou, 2006). r u y Controlador Sistema

+ Identificación Figura 1. Esquema de control adaptativo


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Control adaptativo implementado sobre un controlador lógico programable

La regla de control consiste en calcular el valor de control u para que el sistema siga la referencia r :

u p (k ) =

1 ( r (k ) − A( z ) y p (k ) − B ( z )u p (k − 1) ) bˆ 0

donde

B ( z ) = z − n B ( z ) − bˆ0 En este caso el vector A y B representan los valores estimados de los parámetros del sistema.

2.2.2 Modelo de referencia El objetivo del control es seleccionar la entrada up que el sistema en lazo cerrado es estable (todas las señales son limitadas) y que la salida de la planta yp sigue la salida ym del modelo referencia, lo anterior se describe en la figura 2.

Modelo de Referencia

ym + -

r

Controlador

up

yp

Sistema + -

Identificación Figura 2. Esquema de control adaptativo

La ley de control para este esquema está dada por:

u p (k ) =

1 ( ym (k ) − A( z ) y p (k ) − B ( z )u p (k − 1) ) bˆ 0

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A diferencia el control un paso adelante, aquí el sistema sigue la referencia dada por un sistema de orden uno, de esta forma la señal de control crece de acuerdo al error al seguir dicha referencia.

3. Resultados Inicialmente se diseñaron librerías en el lenguaje SCL (Structured Control Language) de Siemens, homólogo al lenguaje de Texto Estructurado del estándar IEC-1131-3 (citar ESTANDAR), el cual es similar al lenguaje Pascal. Estas librerías consisten en productos entre matrices, vectores y valores escalares para realizar los cálculos necesarios en el proceso de identificación del sistema. Finalmente se obtienen Bloques de Funciones que realizan la estimación y/o control del sistema, utilizando los métodos previamente descritos. A continuación se presentan los resultados en el control de la salida de un sistema de primer orden, la ecuación en tiempo discreto del sistema es:

y (k ) = 0.5824u(k − 1) + 0.9418 y ( k − 1)

(1)

Para observar el desempeño de los controladores, se enviaron los datos de la referencia y la salida del sistema a una pantalla Simatic Panel. A continuación se muestran los resultados empleando un controlador basado en los métodos un paso adelante y por modelo de referencia.

3.1 Paso adelante El control un paso adelante fue implementado en un solo bloque, se empleo el método de estimación por mínimos cuadrados, en la Figura 3 se puede observar el bloque de función diseñado.


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Control adaptativo implementado sobre un controlador l贸gico programable

Figura 3. Bloque de Control adaptativo un Paso Adelante

En la figura 4 se muestra la respuesta del controlador un Paso Adelante, aplicada al sistema simulado descrito en la ecuaci贸n (1).

Figura 4. Respuesta de control empleando un paso adelante

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Como se esperaba, este controlador presenta sobrepaso en la referencia, debido genera una señal de control de gran valor cuando se presentan cambios fuertes en la señal de referencia.

3.2 Modelo de referencia El modelo de referencia se implementó por medio de dos bloques, uno que identifica los parámetros del sistema, y otro que recibe estos parámetros para calcular la señal de control (ver figura 5).

Figura 5. Bloques de Control por Modelo de Referencia

En la figura 6 se muestra la respuesta del controlador por Modelo de Referencia, aplicada al sistema simulado descrito en la ecuación (1).

Figura 6. Respuesta de control empleando modelo de referencia

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Control adaptativo implementado sobre un controlador lógico programable

Se presenta un muy buen desempeño del controlador por modelo de referencia, debido que se sigue la respuesta de otro sistema, entonces los valores de la señal de control dependen directamente de la respuesta del modelo de referencia. En la figura 7 se observa el tiempo de ciclo empleado por el PLC para realizar la tarea de estimación y control adaptativo, alrededor de 10 a 12 ms. El consumo de memoria fue de 7832 bytes.

Figura 7. Tiempo de ciclo del controlador adapatativo

4. Discusión A partir de los resultados y los algoritmos implementados se pueden realizar otras técnicas de control adaptativo, abriendo así un panorama de posibilidades de controladores adaptativos para los PLC, basados en PID o control basado en modelo. Debido a la limitante del espacio en la memoria del PLC y que el tiempo de ejecución debe ser pequeño para el control de algunos sistemas, se deben realizar algoritmos livianos y optimizados en tiempo de cálculo para asegurar un tiempo de control adecuado.

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5. Conclusiones Se implementaron técnicas de control adaptativo en un PLC Siemens de la familia S7-300, permitiendo el uso de estas en control de procesos industriales por medio del PLC. El control un paso adelante presenta sobrepasos debido al cálculo de la señal de control, para procesos que requieran la restricción de no sobrepasar la referencia, se debe modificar la ley de control por una ponderada. Se obtuvo un mejor desempeño de control empleando la técnica de control por modelo de referencia.

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Control ventilatorio en matlab. “Simulación de la mecánica pulmonar” Andrés Felipe Ramírez Barrera1 Juan David Berrio Vargas2 Paula Andrea Berrio3 Diego Luis Álvarez4 Jorge Farbiaz5

Resumen En la actualidad hemos escuchado hablar mucho acerca de la ventilación artificial, técnica que es utilizada como apoyo de la respiración para mejorar el intercambio gaseoso y aliviar la dificultad respiratoria, aunque esta técnica es muy importante para salvar vidas, su uso conlleva al riesgo de complicaciones graves. De eso depende que siempre su utilización sea realizada por personas especializadas como médicos intensivistas, y debido a las condiciones socio-económicas que presenta nuestro país, hoy en día hay una baja oferta de este personal, existiendo una gran cantidad de hospitales donde los ventiladores son manejados por médicos generales, especialmente en departamentos como el choco. En procura de buscar una mejor atención del paciente que se encuentra bajo la técnica de respiración artificial, se realizó un proyecto basado en el desarrollo de una software (algoritmos escritos 1 Bioingeniero de la UdeA, estudiante de Maestría en administración (MBA), coordinador de los laboratorios de Ing. Biomédica y docente de metrología biomédica del INSTITUTO TECNOLOGICO METROPOLITANO, e-mail: andresramirez@ itm.edu.co 2 Bioingeniero de la UdeA, coordinador de proyectos, e-mail: juandabe@gmail.com 3 Bioingeniera de la UdeA, metrologa del HPTU, e-mail: paulablita@gmail.com 4 Medico de la UdeA, Magister en Ingeniería biomédica, gerente de Farbiaz & Alvarez S.A, fya@fyaconsultores.com. 5 Medico de la UdeA, Magister en Ingeniería biomédica, gerente de Farbiaz & Alvarez S.A, fya@fyaconsultores.com. Fecha de recepción: 3 de noviembre de 2009 Fecha de aceptación: 20 de noviembre de 2009

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Control ventilatorio en Matlab. “Simulación de la mecánica pulmonar”

en código Matlab, con interface en GUIDE) que simule un control de la ventilación mecánica basado en un modelo eléctrico capaz de adaptarse a las particularidades que presenta un sistema ventilatorio. Para la realización de este proyecto se desarrolló una simulación de la mecánica pulmonar, teniendo en cuenta la gran utilidad que tiene el software para la simulación de sistemas biológicos y casos patológicos y cuyo objetivo final es la simulación de la Ventilación Mecánica.

Palabras clave Ventilación artificial, ventiladores mecánicos, volumen corriente, elastancia, presión pleural, presión alveolar, volumen pulmonar, flujo.

Abstract Nowadays, we have heard a lot about the artificial ventilation technique, which is used as a support for respiration and thus to improve the gas exchange and relieve shortness of breath, although this technique is very important to save lives, its use leads to serious complications. For that reason, this technique has to be performed by skillful people, such as intensivist doctors. Due to the current socioeconomic conditions that our country has, at the moment there is a low personnel supply, and there are several hospitals where the ventilators are operated by general practitioners, especially in departments like Chocó. To give the patient who is under the technique of artificial breathing, a better service, there is a project which is based on the development software (Matlab algorithms with interface GUIDE) that simulates a mechanic ventilation control. This is based on an electrical model that is well suited to any circumstances that a respiration system presents. In order to carry out this project it was developed a simulation of lung behavior, taking into account the advantages of software for the biological systems and pathological cases simulation, which its final aim is the simulation of Mechanic Ventilation.

Key words Artificial Ventilation, mechanical ventilators, tidal volume, elastance, Pleural Pressure, alveolar Pressure, Lung volume, flow

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Introducción El área de cuidados intensivos es una área fundamental de un hospital debido a que se atienden pacientes con enfermedades de alta complejidad, de ahí la importancia que se tengan equipos tan sofisticados cuya tecnología y funcionamiento hacen posible la adecuada atención de los pacientes, por lo tanto se inicia el tratamiento que en muchos casos requiere soporte respiratorio mediante ventilación mecánica (Richard, 2007). El personal que atiende urgencias o las unidades de cuidados intensivos, como médicos intensivistas, enfermeras y técnicos, deben estar familiarizados con los principios generales de la ventilación mecánica, además deben estar capacitados para el manejo de los mismos ante cualquier emergencia (Tobin, 2006). La ventilación mecánica se hace por medio de ventiladores, que son unidades que proveen las necesidades respiratorias cambiantes de una persona en estado crítico. Los objetivos principales de la ventilación mecánica es asegurar que el paciente reciba el volumen por minuto apropiado requerido para satisfacer las necesidades respiratorias, mejorar la ventilación alveolar, garantizar una oxigenación adecuada, aliviar la dificultad respiratoria, alterar la relación presión/volumen y reducir el trabajo respiratorio. Los ventiladores se clasifican por presión, volumen, flujo y tiempo. Todos estos fundamentados en una ventilación pulmonar, la cual renueva el gas alveolar aportando la cantidad de O2 y eliminado la cantidad de CO2 requeridas por el estado metabólico del paciente. La renovación del gas alveolar se consigue con la acción de la musculatura respiratoria que actúa como generador de presión. La actividad muscular provoca la expansión y comprensión cíclica de la caja torácico-abdominal, de los pulmones y de la circulación del gas a través de la compleja red de vías aéreas. Los gases alveolares se intercambian con los de la sangre por difusión a través de la membrana alveolo capilar. Este proceso está determinado para cada gas por los valores de su presión parcial en la sangre y en la mezcla gaseosa alveolar (Guyton & Hall, 1997).

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Control ventilatorio en Matlab. “Simulación de la mecánica pulmonar”

Teniendo en cuenta todo lo expuesto anteriormente, se observa la necesidad que el personal asistencial que manipula los ventiladores mecánicos, que se encuentren en lugares donde no haya un medico intensivista, posean herramientas que les aporten a la hora de tomar una decisión frente a los parámetros ventilatorios adecuados para suministrar a un paciente. Pensando en esta necesidad, el proyecto está enfocado en el desarrollo de un software que simule un control ventilatorio, o sea que el logro de ésta simulación facilitaría el manejo de los ventiladores mecánicos a personas no especializadas (médicos generales), ya que el software pronosticaría el tipo de ventilación requerido, sin tener que estar modificando los parámetros ventilatorios in vivo, obviando el riesgo que esta manipulación causa en el paciente. Por lo tanto para lograr esta simulación tenemos que entender y conocer cómo se comporta el fisiología respiratoria, por consiguiente la primera etapa del proyecto, y la que se presenta en este articulo, es el desarrollo de una simulación de la mecánica pulmonar, teniendo en cuenta la gran utilidad que tiene el software para la simulación de sistemas biológicos y casos patológicos y cuyo objetivo final es la simulación de la ventilación mecánica.

Materiales y métodos Existen diversos modelos del pulmón, las vías respiratorias y el sistema respiratorio en general, cada uno de ellos con diferente perspectiva y nivel de abstracción. Tras analizar muchos de estos modelos (Mead, 1961; Golden et al., 1973; Olender et al., 1976; Verbraak et al., 1991; Katz, 1977; Liu et al., 1998), se trabajó con los planteados en el artículo “Simplified models for gas exchange in the human lungs” (Ben-Tal, 2006), los cuales reúne diferentes comportamientos del pulmón, por lo tanto es el antecedente directo a éste trabajo, ya que de su análisis y ecuaciones se derivan algunas de las ecuaciones consignadas en la ejecución del mismo. La implementación del algoritmo para la creación del software se hizo en Matlab 7.6, y la interface en Guide.

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A. Modelos matemáticos con aumento del nivel jerárquico En todos los modelos el pulmón se describe como un único contenedor de aire. Se asume que el aire alcanza la temperatura corporal y saturación en la boca en todas las condiciones. Se asume también que el aire en el contenedor se comporta como un gas ideal. Tabla 1. Parámetros usados en los modelos descritos VARIABLES Símbolo

Significado

Valor Inicial

PA

Presión Alveolar total

Pm mmHg

VA

Volumen Pulmonar

(Pm – PL (t=0))/E

t

tiempo

Variable independiente

Pm

Presión total en la boca

760 mmHg 6

Pw

Presión de vapor de agua a 37ºC

47 mmHg 7

Vo

Volumen de pulmón inflexible

≠0

VT

Volumen corriente

0.41 8

VD

Volumen del espacio muerto

0.151 9

Vc

Volumen de los capilares

0.071 5

R

Resistencia de las vías aéreas

1 mmHg s l-1 5

E

Elastancia Pulmonar

2.5 mmHg l-1 10

w

Frecuencia respiratoria

(2л/5) rad s-1 2

B. Modelo del pulmón inflexible Aquí se modela el pulmón como un contenedor rígido. Vo es el volumen total en los pulmones, Pm es la presión en la boca (se asume como una constante) y PA es la presión total promedio a través de los alvéolos en las diferentes regiones del pulmón. Se tiene que q es el flujo de aire y R es la resistencia total al flujo ejercida por las 6 7 8 9 10

Guyton and May, 1996 Hlastala and Berger, 2001 Comoroe, 1975 West, 1979 Begin et al., 1975


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Control ventilatorio en Matlab. “Simulación de la mecánica pulmonar”

vías respiratorias. El flujo del aire es laminar por tanto se tiene la siguiente relación (figura 1):

Figura 1. Modelo de pulmón Inflexible. Gráfica extraída de Ben-Tal, (2006)

q=

Pm − PA R

(1)

Asumiendo que el aire que incide dentro del contenedor se comporta como un gas ideal, se tiene:

PAVO = nkT

(2)

Donde n es el número de moléculas de gas, k es la constante de Boltzmann y T es la temperatura absoluta, asumiendo también que la temperatura no cambia a través del proceso de respiración y donde el volumen es constante, sólo se tienen dos variables que cambian con el tiempo, la presión PA y el numero de moléculas de aire n (las cuales se ven influenciadas por el flujo de aire). Teniendo en cuenta que el aire que ingresa en los pulmones proviene de una fuente infinita con una presión constante Pm y la razón de cambio del volumen es igual a q, se tiene una relación entre la velocidad de cambio del número de moléculas de aire y el flujo neto de aire en el contenedor:

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Asumiendo que el número de moléculas que pierde el aire exterior es el mismo número de las que entran en el pulmón, entonces se obtiene una relación entre la presión alveolar y el flujo de aire así:

Por lo tanto, se tiene que la razón de cambio de PA está dada por:

Esta ecuación es equivalente a la que se obtiene del circuito mostrado en la figura 1, que realizando el análisis del circuito encontramos la siguiente ecuación:

Su analogía al pulmón inflexible

Y despejando dPA/dt, encontramos la similitud con la ecuación 5.

C. Modelo de pulmón flexible El modelo de pulmón flexible11 se muestra en la figura 2. Este modelo explica como cambios en la presión pleural (debidos al movimiento de los músculos respiratorios) causan un cambio en la presión alveolar generando el flujo de aire dentro y fuera del pulmón. Como se explicó anteriormente, el pulmón se modela como un único contenedor en el que se encuentra un plato móvil con una masa m, una fricción ų y un área s. El plato está sujeto a un

11 Tomlinson et al, 1994. Modelo del pulmón como pistón lineal

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Control ventilatorio en Matlab. “Simulación de la mecánica pulmonar”

resorte con una constante ks. El resorte está descargado en Xo (note que la compresión del resorte representa la expansión pulmonar).

Figura 2. Modelo de pulmón flexible. Gráfica extraída de Ben-Tal, (2006)

Asumiendo, flujo laminar, gas ideal, temperatura constante a través del proceso mientras la presión, el volumen y el número de partículas cambian, el aire como una fuente infinita y que el número de moléculas que deja el exterior es similar al número de ellas que entran al pulmón. Se tiene:

Ordenando la ecuación anterior se obtiene:

Haciendo la ecuación de movimiento del plato que se muestra en la figura 2; y teniendo las siguientes analogías para hacer las conversiones:

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VA = xs , elastancia pulmonar

E = K s s 2 , resistencia pulmonar

R A = µ s, inertancia pulmonar I A = m s 2 , volumen pulmonar (cuando el resorte esta descargado. Este es el volumen del pulmón cuando está totalmente colapsado fuera del cuerpo). Vo = xo s . Se obtiene la ecuación: 2

D. Reducción del modelo de pulmón flexible al modelo clásico Asumiendo que (tasa de cambio del volumen pulmonar) es igual a q (flujo de aire), la ecuación (10) se transforma en:

La ecuación (11) es un modelo clásico del pulmón es descrito como un fuelle [10, 7].

E. Reducción del modelo de pulmón flexible a un modo simplificado. Asumiendo que los términos de aceleración y velocidad en la Ec. (10) son muy pequeños, el volumen del pulmón puede ser expresado como:

Sustituyendo la ecuación (12) en la ecuación (8) se obtiene:

Si Vo es pequeño y PA y PL son del mismo orden de magnitud (lo cual es el caso del pulmón), entonces (PA − PL ) E + Vo es pequeño comparado con PA E , por lo tanto, los cambios en la presión alveolar debidos al cambio en el volumen son mas dominantes que los cambios debidos a la compresibilidad del aire. Teniendo en cuenta lo anterior la ecuación (13) se transforma en:


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Control ventilatorio en Matlab. “Simulación de la mecánica pulmonar”

De una linearización cerca del punto de equilibrio (donde PA = Pm) se obtiene:

Cerca al equilibrio, q≈dVA/dt y la siguiente ecuación diferencial lineal puede ser usada:

En este trabajo se realizó el modelo matemático de la mecánica pulmonar basándonos en las ecuaciones anteriores, realizándole algunas modificaciones para poder simular casos reales, por tanto se debía ingresar variables como estatura, peso y edad. El siguiente diagrama de flujo muestra la metodología implementada (figura 3): Modelo matemático de la mecánica pulmonar

Modelo del pulmón flexible

Modelo del pulmón inflexible

Ajuste de ecuaciones, parámetros y variables del modelo

Uso del Matlab 7.6

Uso del GUIDE

Simulación de la mecánica pulmonar Figura 3. Diagrama de flujo de la simulación de la mecánica pulmonar

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Resultados El resultado que se obtiene con éste trabajo es la simulación del comportamiento mecánico del pulmón lo que se muestra al usuario en una interface desarrollada en GUIDE. El algoritmo para la simulación de la mecánica pulmonar fue desarrollado en Matlab 7.6 (Delores, 1998). Para la creación del mismo se hicieron ajustes a las ecuaciones del modelo citado para hacerlo exacto y más completo con el fin de obtener graficas con valores cercanos a los observados fisiológicamente. Al inicio de la aplicación se observa una ventana, mediante la cual se tiene acceso a la Introducción de trabajo, a los créditos y a la ventana de simulación (Figura 4).

Figura 4. Interface de inicio

En la ventana de simulación es necesario ajustar las variables de entrada (frecuencia, estatura, peso y edad) y el sexo para simular un paciente específico (figura 5), una vez se hace, aparecen los valores de volumen corriente, elastancia y resistencia de las vías aéreas para dicho paciente.


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Control ventilatorio en Matlab. “Simulación de la mecánica pulmonar”

Figura 5. Interface para ingresar las variables de entrada (Presión pleural (mmHg) vs. Tiempo (s))

A su vez es posible obtener las graficas de presión pleural, presión alveolar, volumen pulmonar y flujo. Por ejemplo podemos observar la presión pleural de una mujer sana y como es afectada por la edad, comparando a una mujer de 20 años frente a una mujer de 70 años (figura 6).

Figura 6. Influencia de la edad en la mecánica pulmonar de una mujer sana

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En la figura 7, se puede observar una comparación de la presión pleural entre un hombre y una mujer, sabiendo que son personas sanas.

Figura 7. Influencia del sexo en la mecánica pulmonar

Una vez se conocen las graficas para un paciente sano con unas características determinadas es posible comparar con las graficas de dicho paciente en condiciones patológicas (cambio en la elastancia del pulmón o en la resistencia de la vía aérea), teniendo en cuenta que los valores obtenidos en las nuevas graficas no corresponden a los valores fisiológicos, sino que son una estimación de los mismos debido a que la simulación garantiza un volumen corriente fijo suministrado al paciente.

Figura 8. Presión pleural de un hombre sano y un hombre con las mismas características y elastancia pulmonar aumentada


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Control ventilatorio en Matlab. “Simulación de la mecánica pulmonar”

En la figura 8, se observa la simulación de un paciente sano comparado con un paciente el cual posee una elastancia aumentada, encontrando que la presión pleural de un paciente con esta elastancia es menor que la de un paciente sano.

Figura 9. Presión pleural de un hombre sano y un hombre con las mismas características y elastancia pulmonar disminuida

En la figura 9, se compara un hombre sano frente a un hombre que posee una elastancia pulmonar disminuida, encontrando que el paciente con está elastancia posee una presión pleural mayor que la de un paciente sano.

Discusión Para la realización del simulador de un control ventilatorio, era necesario dividir el proyecto por etapas y la primera etapa fue el desarrollo de una simulación de la mecánica pulmonar, la cual se presenta en este articulo, el cual parte de un modelo mecánico de pulmón debido a que está es una aproximación muy simple y a su vez exacta de la mecánica pulmonar lo que facilita la compresión de la misma y la adaptación del modelo a las necesidades del proyecto, encontrando así la posibilidad de simular la fisiología pulmonar al variar parámetros como sexo, edad, frecuencia, peso y estatura. El modelo simula adecuadamente la mecánica pulmonar,

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aunque es necesario trabajar en nuevas relaciones matemáticas que permitan determinar nuevos parámetros ya que los casos patológicos pueden ser modelados pero no se obtienen los valores fisiológicos para las variables observadas en estos casos, sino una estimación de los mismos ya que el modelo garantiza un valor fijo para el volumen corriente.

Conclusiones En el presente artículo se desarrolló un modelo mediante el cual se obtiene una simulación adecuada de la mecánica pulmonar, por medio de herramientas como Matlab y GUIDE, las cuales hicieron posible la simulación de un sistema tan complejo, ya que se tienen ecuaciones diferenciales que la modelan, por lo que herramientas matemáticas tan completas como las usadas son indispensables para éste trabajo. Este software es el resultado del proyecto de investigación “Control ventilatorio en matlab. simulación de la mecánica pulmonar” , hay que tener en cuenta que es necesario trabajar en el desarrollo de nuevas relaciones matemáticas entre las variables del modelo con el fin de que éste sea más completo y que sea posible su adaptación para las próximas etapas del proyecto, además como la finalidad de este proyecto es crear un software que sirva como soporte para aquellos profesionales que no sean especialistas y manipulen equipos de soporte vital como los ventiladores mecánicos y que se encuentren en lugares de nuestro país con bajos recursos económicos, se debe estandarizar el modelo y realizar la simulación en una plataforma gratuita, para que sea de fácil acceso y disminuir los costos de la licencia.

Referencias Ben-Tal, A. (2006). Simplified models for gas exchange in the human lungs. J Theor Biol. 21;(2):474-495. Delores, E.M. (1998). Solución de Problemas de ingeniería con Matlab. Segunda edición. Prentice Hall.

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Análisis estructural de una losa vial bajo carga estática y simulación por el método de elementos finitos Francisco Javier Vélez Hoyos1 Claudia Milena Serpa Imbett2

Resumen Se propone un modelamiento computacional por medio de la técnica de elementos finitos para dar una descripción del comportamiento estructural de una losa vial de concreto cuando es sometida a una carga estática, de tal modo que sirva como referente para el estudio del comportamiento de las vías de los sistemas de transporte masivo. Este análisis es contrastado con modelos clásicos del estudio estructural de vías mostrando las limitaciones que estos presentan.

Palabras Clave Losa vial, carga estática, análisis estructural, método de elementos finitos.

Abstract We propose a computational modeling using finite element technique to give a description of the structural behavior of a concrete roadway slab when is subjected to a static load, thereby serving as a reference for a behavioral study of the roadways of mass transport

1 Ingeniero Físico y Magíster en Ciencias Físicas, Universidad Nacional de Colombia -sede Medellín. Estudiante de Doctorado Universidad EAFIT. fvelezh@eafit.edu.co 2 Ingeniera Física y Magíster en Ciencias Físicas, Universidad Nacional de Colombia -sede Medellín. Académica investigadora del ITM. claudiaserpa@itm.edu.co Fecha de recepción: 27 octubre de 2009 Fecha de aceptación: 20 de noviembre de 2009

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An谩lisis estructural de una losa vial bajo carga est谩tica y simulaci贸n ...

systems. This analysis is contrasted with classical models of the roadways structural study showing the limitations they present.

Key Words Roadway slab, static load, structural analysis, finite element method.

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1. Introducción En la actualidad, las calzadas en concreto tienen un uso limitado debido a que la gran demanda la cubren los pavimentos flexibles cuyo referente es el asfalto, principalmente en razón a los menores costos involucrados y a la facilidad relativa en el procedimiento para su construcción. (Lizcano, 2003). A pesar de su utilidad para un uso exigido, requieren de un constante mantenimiento que a largo plazo genera altos costos. De otra parte, los pavimentos rígidos que constituyen las calzadas en concreto presentan un bajo deterioro y gran durabilidad dada su gran resistencia mecánica, resultando más adecuados para un uso exigido. Así mismo, la no generación de desplazamientos permanentes ni ahuellamientos y el hecho de ser poco afectados por factores climáticos son otras de las ventajas comparativas que ofrecen. Uno de los referentes principales de los pavimentos rígidos, lo constituyen las vías de los sistemas transporte público masivo que están en proceso de implementación en las principales ciudades de Colombia, tales como el Transmilenio y Metroplús, y debido a las exigencias a las que son sometidas estas estructuras resulta de gran utilidad un estudio de sus propiedades, su comportamiento y evolución, tanto desde un enfoque teórico como práctico (Yang, Weiss, & Shah, 2000) (Darestani, Thambiratnam, & Nataatmadja, 2006). No obstante estudios a nivel local y con un rigor suficiente son pocos y mucho menos en el caso de modelamientos físicos, que requieren el apoyo de métodos numéricos y soluciones computacionales. Por tal motivo, en este trabajo se presenta un análisis de la respuesta estructural de las calzadas rígidas por medio de modelos analíticos y numéricos para valorar las deformaciones y/o esfuerzos que estas experimentan cuando son sometidas a cargas estáticas, como una buena aproximación al análisis de los efectos inducidos por el tráfico vehicular. En primera instancia se lleva a cabo una valoración de la respuesta estructural de la calzada con modelos clásicos del análisis de vías, para caracterizar la respuesta ante una carga estática

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típica. Posteriormente, se realiza una simulación computacional de la losa vial con el método de elementos finitos, bajo unas condiciones de contorno realistas que permitan contrastar las estimaciones realizadas con los modelos tradicionales.

2. Modelos analíticos Los pavimentos rígidos están constituidos por una distribución de losas de concreto con asiento en una serie de capas de agregados y soportados por un suelo denominado subrasante. A diferencia del material que compone el pavimento asfáltico, el material que constituye las losas posee gran resistencia a la compresión y a la flexión, pero a su vez es susceptible a fracturas y fisuras debido a los esfuerzos que soportan y que están relacionados con variables tales como: tipo y peso de los vehículos que transitan y frecuencia de tránsito, dimensiones de las losas, propiedades mecánicas y resistencia del concreto, módulo de reacción del suelo soporte, humedad, entre otras (Delatte, 2008). El análisis del desempeño de las calzadas en concreto se lleva a cabo por medio del seguimiento temporal de las losas, la valoración de sus materiales en el laboratorio y estudios a través de modelos matemáticos que en la actualidad involucran simulaciones computacionales. Existen varios modelos matemáticos clásicos para estos propósitos, entre los que se destaca el modelo bicapa de Westergaard, que es una mejora a otro modelo más simple: el de Boussinesq (Bull, 1994). En este último, el soporte se considera como un masivo elástico, que configura un medio semiinfinito, el cual puede resistir sin deformarse exageradamente un esfuerzo menor que la presión directamente ejercida sobre la calzada, y la cual deberá reducirse con la profundidad de modo que a un cierto valor “H” no se supere dicho límite. Con apoyo en estos modelos podemos obtener estimados de los esfuerzos y deformaciones que el peso de un vehículo genera en las losas de la vía y tomar estos valores como un referente para cálculos más robustos como los realizados por simulaciones numéricas. Con este propósito, a

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continuación haremos uso de las ecuaciones de dichos modelos en consideración a un problema específico. Tomando en consideración en modelo de Boussinesq, este propone la expresión (1) para los esfuerzos verticales en función de la profundidad “z”, en donde “a” es el radio de una zona circular de aplicación de la carga y “q” la presión aplicada en la zona. Así mismo, este modelo establece la relación correspondiente (2), para los desplazamientos verticales “w” inducidos sobre el eje de aplicación de la carga; en términos de “Es”, el módulo elástico y “ν”, la razón de Poissón.

(1)

(2)

Para evaluar estas expresiones, se considerará una calzada en concreto, con un módulo elástico de 30 GPa, una razón de Poissón ν = 0.18, bajo una carga suficientemente exigente como sería la de un camión de 27 Ton. Este peso representa una presión de ~2 MPa a través de sus llantas. Con un valor de a = 8 cm (radio equivalente aprox. de la zona de carga) se obtiene la curva de los esfuerzos inducidos en 1(a) y de igual modo se representan las deformaciones en función de la profundidad en la figura 1(b).


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(a) (b) Figura1. (a) Curva de esfuerzo vs. profundidad de la placa (normalizados). (b) Curva de deformación vs. profundidad normalizada.

Según lo sugieren las gráficas, bajo este modelo para una calzada de 25 cm, (z/a ~3) como corresponde a un espesor típico de las losas viales en concreto, se infiere que el suelo podría soportar un esfuerzo admisible cercano al 20% de la carga considerada. Así mismo, a la luz de este modelo, a los 25 cm de profundidad de la calzada las deformaciones en el suelo soporte es de aproximadamente 3 μm y a nivel de la superficie alrededor de las 10 μm. Dichos valores corresponden a una cota mínima de deformación con respecto al caso real, ya que este modelo solo considera las propiedades de la losa de concreto y se olvida del suelo soporte cuya rigidez es muy inferior. Para obtener mejores aproximaciones analíticas al problema de esfuerzos y deformaciones, existen modelos más completos que involucran varias capas interactuando en función de sus propiedades físicas, lo que permite representar más acertadamente la estructura real de la calzada. El modelo bicapa de Westergaard es una propuesta de solución en la cual se asume un soporte de apoyo para la placa con comportamiento elástico lineal, como una distribución de resortes, de manera que el desplazamiento

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“w0” que se induce sobre éste será proporcional a la presión aplicada en un punto de la placa, en relación a su rigidez “k”. Bajo las condiciones de éste modelo es posible determinar los desplazamientos experimentados por la losa en diferentes puntos, tales como los bordes o las esquinas, que son las zonas donde se acumulan los mayores esfuerzos. En particular consideremos las deflexiones de la losa en el centro y cerca a uno de los bordes. Para ello Westergaard aporta una expresión que depende de las coordenadas del punto (Ioannides, Thompson, & Barenberg, 1985). Si tomamos inicialmente el caso de una carga “P” aplicada en el centro de la placa se obtiene: w0=

(3)

en donde “l” representa un parámetro conocido como radio de rigidez relativo, dado por: (4) Similarmente para una carga aplicada cerca a los bordes, la expresión correspondiente resulta ser: w 0=

(5)

Para estos dos casos realizando una valoración de las deflexiones inducidas para los datos considerados anteriormente, con un espesor de placa de H= 0.75 m, asumiendo una losa de 25 cm y una base3 de 50 cm, un módulo elástico E= 30 GPa, una razón de Poissón ν = 0.18 y módulo de reacción k = 100 MPa/m; se obtiene un valor del radio relativo l de 1.8 m, y con éste, unas deflexiones de ~ 15 μm y ~ 49 μm para carga en el centro y cerca al borde respectivamente, valores que resultan superiores a los que predice el modelo de Boussinesq. 3 Una capa intermedia de concreto entre el suelo y la losa


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Ahora procedemos a desarrollar un modelo más general del sistema con ayuda del método de elementos finitos de modo que los valores aquí obtenidos puedan ser contrastados.

3. Modelamiento por el método de elementos finitos (MEF) Más allá del modelo de Westergaard existen otros modelos multicapas que conducen a soluciones que se aproximan mejor a la realidad, aunque la mayoría excluye características esenciales del sistema físico como unas condiciones de frontera bien definidas, ofreciendo solamente soluciones parciales o fragmentarias al problema analizado. Por otro lado, existen alternativas basadas en aproximaciones numéricas que permiten incluir los diferentes aspectos tanto físicos como geométricos, así como las ecuaciones constitutivas con el suficiente rigor. El referente principal de estas propuestas es el modelamiento computacional por la técnica de elementos finitos (Mulungye, Owende, & Mellon, 2007), (Cho, McCullough, & Weissmann, 2007), (Ling & Liu, 2003), que se ha difundido ampliamente y en diversos ámbitos de la ciencia y la ingeniería, por su enorme poder de cálculo y su capacidad de representar y estudiar un espectro casi ilimitado de sistemas, a partir de un proceso de discretización que consiste en la división del sistema analizado en múltiples subdominios (elementos) . Con base en este tipo de modelos computacionales, bajo las consideraciones apropiadas, es posible encontrar soluciones bastante buenas al problema estructural del equilibrio (ecuaciones 6 y 7) entre las cargas aplicadas “f” y los esfuerzos internos inducidos “σ” y que conducen a deformaciones unitarias “Є”, vía las propiedades constitutivas (elásticas) del material “C”; resultando un análisis general, y en este caso muy útil para calzadas de características diversas y expuestas a diferentes condiciones. (6) σ = CЄ

(7)

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Con ayuda de esta técnica, será entonces posible analizar un modelo de mayor generalidad y seguramente más representativo del problema real y como una ventaja adicional, se podrán considerar las propiedades mecánicas de los materiales, como el concreto de las placas y el suelo soporte. Adicionalmente, se podrá incluir en el análisis la presencia de la base y modelar la interacción debida al contacto entre superficies, el cual es de índole no lineal, e incorporar una distribución de cargas más acorde con la situación real para determinar el efecto combinado y simultáneo de su aplicación. De este modo, con ayuda de esta técnica, estudiaremos el comportamiento simulado del problema estático de la placa de concreto sometida a la presión ejercida por las llantas de un vehículo pesado, apoyada en una base en concreto, y a su vez soportada por un suelo de propiedades elásticas. Mediante el MEF, haciendo uso del paquete comercial ANSYS®, simulamos la distribución de deformaciones en una losa de concreto de 3.5 m x 3.6 m x 0,25 m que descansa sobre una base de concreto de 0,5 m de espesor cuyos bordes están a 0,5 m de los bordes de la losa, de tal manera que se transmitan libremente las cargas aplicadas. El subrasante, es decir, el suelo soporte se tomará como una condición de frontera elástica en la cara inferior de la base. Las propiedades elásticas de la losa, la base y el suelo, correspondientes a una vía real considerada para su estudio (Metroplus, 2009), se muestran en la tabla 1, donde el valor del modulo elástico del subrasante se ha obtenido a través del modulo de reacción “K”, el ancho de la losa “B” y el modulo de Poissón “ν” mediante la relación: K= E/B(1- ν 2). Tabla 1. Parámetros usados en la simulación numérica por MEF. Medio

Modulo elástico (MPa) Razón de Poissón Densidad (kg/m3)

Losa

30000

0.18

2300

Base Subrasante

30000 307

0.18 0.35

2300


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Esta simulación tiene en cuenta la distribución de la carga, las condiciones de contorno, la interacción con la base, y el apoyo de la base sobre el subrasante. Las zonas de aplicación de carga se toman cuadradas de 15 cm de lado, con un área equivalente a la utilizada en los modelos clásicos y mediante la aplicación de una presión uniforme sobre ellas. La carga estática aplicada por las llantas corresponde a un vehículo con un peso de 270 kN, por lo que la presión media es ~2MPa para cada llanta. El efecto de las juntas entre losas se considera mediante el uso de fronteras elásticas, para permitir la expansión lateral. En la Figura 2 se observa un esquema del sistema analizado4.

Figura 2. Modelo de una losa vial de concreto sometida una carga vehicular de 27 Ton.

En el modelo se utilizó una malla o discretización con un total de 8779 elementos, entre elementos de tipo hexaédrico (Solid186) para la base y tetraédrico (Solid187) para la losa, ambos con capacidad de respuesta no lineal; así como elementos de contacto (Targe170, Conta174) para la interacción no lineal entre la losa y la base. No obstante la capacidad de respuesta no lineal del modelo, se 4 Medidas y parámetros de una losa típica de las vías del sistema Metroplús de la ciudad de Medellín.

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consideró un análisis estático estructural bajo un modelo elástico lineal dado que la carga considerada, en relación a las propiedades mecánicas del sistema, no alcanza a inducir un comportamiento inelástico. En la Figura 3, se muestran los resultados de la simulación numérica del sistema, donde se observa una distribución de contornos que representan los valores de deformación sobre el eje vertical, medido en micras. Se observa que el valor de las deformaciones en las zonas de aplicación de la carga son de ~18 µm para la zona central y ~13 µm para las zonas de carga cercanas a los bordes de la losa, que en el primer caso se acerca a las 15 µm del modelo de Westergaard, pero para los bordes está bastante lejos de las 49 µm predichas en este modelo.

Figura 3. Campo de deformaciones arrojado por el MEF.

Si se realiza un corte transversal para este modelo, de tal modo que pase por las zonas de máxima carga, se puede determinar lo que ocurre al interior de la placa y de la base. En este caso existe una reducción relativa de la deformación y el esfuerzo con la profundidad, que a nivel del borde inferior de la losa es de un 33% y un 80% respectivamente. Para este caso se obtiene una variación

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de los esfuerzos que se aproxima a lo que indica el modelo de Boussinesq, mas no ocurre así con las deformaciones cuya reducción es casi un 40% inferior a las predichas por el modelo.

4. Resultados

y discusión

Los valores encontrados usando el MEF permiten valorar la influencia de las condiciones de contorno en el sistema analizado. Los valores calculados por el modelo de Westergaard son cercanos a la simulación solo para la zona central de la losa, no siendo así en los bordes de la losa donde se observa que los resultados del modelo de Westergaard se alejan de los simulados por MEF, dada La cercanía a una condición de frontera. Se aprecia que hay concordancia entre el modelo de Bousinesq y el de elementos finitos para los esfuerzos en función de la profundidad; no obstante, los valores de las deformaciones inducidas bajo este modelo son superiores a los que encontramos con el MEF. Esta diferencia radica en el hecho de considerar un único medio material para la calzada, tomando como parámetro una rigidez global superior a la que resultaría de la interacción entre la losa, la base y el suelo soporte.

5. Conclusiones A pesar de brindar una herramienta de cálculo bastante simple para los esfuerzos y las deformaciones, los modelos de Boussinesq y Westergaard no determinan con generalidad y suficiente precisión el comportamiento estructural de las calzadas debido a limitantes como simplificaciones en su planteamiento y restricciones inherentes al modelo. De otro lado y gracias al poder de los recursos de cómputo y modelación numérica disponibles en la actualidad, como es el caso del MEF, es posible construir un modelo más aproximado y consecuente con el sistema estudiado y de este modo realizar un análisis más robusto, completo y acertado en relación al sistema que se quiere representar. De este modo, con este estudio se plantea una alternativa de gran utilidad a la

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hora de validar diseños estructurales de calzadas, que llevadas al ámbito local pueden ayudar en la prevención de futuros daños en las vías de los sistemas de transporte masivo. Asimismo, mediante la integración con un sistema de seguimiento in situ apropiado, este tipo de modelamientos puede brindar una herramienta de prevención y control más eficientes que los que tradicionalmente se utilizan. Como perspectivas de trabajo se plantea un modelamiento por el MEF que involucre parámetros de daño y estimación de los valores límite tanto de carga como de tiempo de vida de la estructura ante cargas cíclicas, así como la corrección de la respuesta del modelo debido a cargas dinámicas. Por otro lado resulta viable desarrollar una propuesta de integración de metodologías de monitoreo de vías, mediante el uso de instrumentación civil y esquemas de sensado inteligente, de tal modo que se permita corroborar y retroalimentar los modelos computacionales y en la medida de lo posible desarrollar un esquema de estudio, caracterización y prevención de fallas para dichas estructuras.

6. Bibliografía Bull, J. W. (1994). Soil-Structure Interaction: Numerical Analysis and Modeling (primera ed.). London, Great Britain: Cambridge, University Press. Cho, Y.-H., McCullough, B. F., & Weissmann, J. (2007). Considerations on Finite-Element Method Application in Pavement Structural Analysis. Transportation Research Record: Journal of the Transportation Research Board, 1539, 96-101. Darestani, M. Y., Thambiratnam, D. P., & Nataatmadja, A. (2006). Experimental study on structural response of rigid pavements under moving truck load. 22nd ARRB Conference – Research into Practice, (pp. 1-14). Canberra Australia. Delatte, N. (2008). Concrete Pavement Design, Construction and Performance (primera ed.). New York, USA: Taylor & Francis. Ioannides, A. M., Thompson, M. R., & Barenberg, E. J. (1985). Westergaard Solutions Reconsidered. Transportation Research Record (1043), 13-23.

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Recursos didácticos con matlab: interfaz gráfica de usuario para caracterizar curvas en el espacio tridimensional Juan Carlos Molina García1

Resumen El artículo presenta una Interfaz gráfica de usuario GUI (Graphical User Interface), que hace uso de funciones y herramientas del Matlab para caracterizar curvas en el espacio tridimensional. La Interfaz genera la gráfica de funciones vectoriales en el espacio y el cálculo de expresiones asociadas a vectores tangentes y normales a la curva. De igual forma permite calcular la velocidad, aceleración, curvatura y radio de curvatura en un punto dado. Los resultados que ofrece la interfaz, por su impacto como recurso didáctico, no sólo son de uso práctico como estrategia de enseñanza y aprendizaje, sino también como una herramienta de estudio de modelos tridimensionales que permite el contraste de resultados y la verificación de propiedades de las funciones vectoriales. Esta interfaz gráfica hace parte de un conjunto de aplicaciones desarrolladas como recursos didácticos para el aprendizaje de las ciencias básicas, dentro del proyecto de investigación: ‘Estrategias didácticas para la enseñanza y el aprendizaje significativo del cálculo’, proyecto a cargo del grupo Da Vinci de la Facultad de Ciencias del INSTITUTO TECNOLÓGICO METROPOLITANO de Medellín (Colombia).

Palabras clave Interfaz Gráfica de Usuario, funciones vectoriales, curvas en el espacio, recursos didácticos.

1 Docente TC Facultad de Ciencias, INSTITUTO TECNOLÓGICO METROPOLITANO. Matemático, Magister en Educación. juanmolina@itm.edu.co Fecha de recepción: 31 de octubre de 2009 Fecha de aceptación: 22 de noviembre de 2009

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Recursos didácticos con matlab: interfaz gráfica de usuario para caracterizar curvas ...

Abstract This written shows a graphical user interface GUI (Graphical User Interface), which uses Matlab functions and tools to characterize three-dimensional space curves. The graphical interface generates the vector functions in space and the values calculation associated with tangent and normal vectors to the curve, speed, acceleration, curvature and radius’ curvature in a specific point. The results provided by the interface by its impact as a teaching resource, not only of practical use as a teaching strategy and learning, but also like a tool to study three-dimensional models which allows the results contrast and vector’s function properties verification. This graphical interface is part of applications set developed as teaching resources for learning the basic sciences within the research project: ‘Strategies for teaching and meaningful calculus learning, developed by Da Vinci group from Instituto Tecnológico Metropolitano Sciences’ Faculty.

Keyword GUI, vector’s functions, space curves, teaching resources.

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1. Introducción La didáctica es amplia al momento de considerar los recursos que facilitan la apropiación del conocimiento. Los entornos gráficos a la hora de favorecer las habilidades cognitivas para la comprensión de relaciones matemáticas, son de gran utilidad, ya que permiten de una manera dinámica la activación de esquemas cognitivos a partir de conocimientos previos y del contraste de resultados. En esta perspectiva, los ambientes de aprendizaje demandan cada vez más de herramientas gráficas que permitan la programación y simulación de procedimientos en los que se incluyen resultados y operaciones matemáticas. Este tipo de herramientas aumentan la motivación de los estudiantes por cuanto se convierten en recursos didácticos que desarrollan esquemas de pensamiento que favorecen el logro de un aprendizaje significativo. Las interfaces gráficas de usuario GUI de Matlab, surgen como entornos de programación visual para el diseño y ejecución de programas de simulación. De esta manera, se refuerza el hecho de que las herramientas informáticas son de gran ayuda, no sólo a la hora de ejecutar extensas operaciones matemáticas, sino también en el análisis de las variaciones y aplicaciones de los distintos conceptos y procedimientos matemáticos. Un software para trabajar en matemáticas como el Matlab, permite disponer de un recurso didáctico que puede hacer parte del conjunto de actividades que apoyan la elaboración de un concepto en el proceso de búsqueda de contextos de aplicación y verificación. Mediante la activación de esquemas a partir de la visualización de resultados, se alimentan las estructuras cognitivas desde el conocimiento previo de los estudiantes, por lo que los nuevos conceptos y teorías resultan más fáciles de aprender ya que el entorno computacional permite realizar variaciones en los datos y procedimientos lo que genera finalmente una gran variedad en los resultados para contrastar. Las interfaces gráficas son importantes como herramientas pedagógicas en los procesos de enseñanza aprendizaje de diversas disciplinas de estudio. En el caso de la caracterización de curvas

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en el espacio, se convierten en dispositivos útiles para mejorar la comprensión de las relaciones entre curvas definidas mediante funciones vectoriales. En el presente trabajo se expone un modelo interactivo de interfaz gráfica que permite manipular, no sólo cualquier curva definida por el usuario, sino también ciertas curvas predefinidas e implementadas en la aplicación con el propósito de ilustrar su funcionamiento. El objeto de este ejercicio es desarrollar una Interfaz Gráfica de Usuario para el estudio y la comprensión de las relaciones y propiedades de una curva del espacio tridimensional; esto se realiza con base a la teoría existente para la caracterización matemática de las funciones vectoriales en el espacio.

2. Diseño de la aplicación Este proceso se desarrolla en dos etapas: en primer lugar, se diseña el panel que agrupa los objetos a través de los cuales se da funcionalidad a la aplicación (Barragán, 2006) y, en segundo lugar, se crea el conjunto de funciones asociadas a cada objeto para ejecutar las tareas que debe realizar la interfaz, como lo son: el gráfico de la curva, el cálculo de la velocidad y la aceleración en cualquier tiempo t y, la estimación de la rapidez, la curvatura y el radio de curvatura en un punto especificado por el usuario. (The Mathworks, 2004)

2.1 Características de una curva en el espacio La caracterización de las curvas en el espacio, parte de considerar una curva como una función vectorial definida por una relación , de tal forma que, a un valor de t real le corresponde un vector (t)=(f1(t),f2(t), ..., donde cada fk(t) es a su vez una función real. Las funciones vectoriales más frecuentes son aquellas que tienen representación como curvas en el plano o en el espacio, es decir, relaciones representadas por la ecuación (1) respectivamente, (Stewart J, 2008, pág. 817).

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o

(1)

Para un valor t= t0 , el vector (t0) corresponde al vector posición de un punto psobre una curva C trazada por la punta móvil (t). Véase Figura 1 Z

C

Y X

Figura 1. Curva

(t) en el espacio tridimensional

2.1.1 Vectores velocidad y aceleración Si , representa una curva C que describe la posición en función del tiempo t de una partícula móvil en el espacio, se tiene que, la velocidad está dada por la ecuación

(2)

(3)

y la aceleración por la expresión

; o también Con esto, se llega a que . Por su parte, la rapidez para cualquier valor t se define . como la magnitud del vector velocidad, esto es Geométricamente, se puede establecer que el vector corresponde a un vector en la dirección de la recta


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tangente a la curva en el punto (t0) (Stewart, 2008). Cuando una partícula se mueve con una rapidez constante, se puede mostrar que el vector aceleración es perpendicular al vector velocidad, por tanto, la aceleración resulta perpendicular a la curva en el punto. Esto se justifica mediante el siguiente procedimiento: si es constante, implica que , por tanto se deduce la ecuación (4)

Al derivar (4) a ambos lados se establece que:

(5)

La relación (5) significa que (t) y (t) son ortogonales.

2.1.2 Vector tangente y vector normal unitario Sea C una curva suave en el plano o en el espacio definida por la función vectorial (t), de tal manera que en un punto P . Bajo estas condiciones se define el vector tangente unitario a la curva en el punto como:

(6)

De esta manera, (t) indica la dirección de la curva en cualquier valor del parámetro t. Ver Figura 2

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Z

r’(t) T(t)

r(t) Y X Figura 2. Vector tangente unitario

(t) sobre una curva suave.

De acuerdo a lo indicado, la ecuación (6) se puede representar por la expresión , donde | (t)| se interpreta como la rapidez con que cambia la longitud de arco s en el punto. Esto se representa por la expresión

(7)

Como un elemento adicional se puede establecer de la relación (7), que la longitud de la curva C para valores t ∈ [a,b], está dada por s = . Para el caso en el que la curva esté en el espacio tridimensional, la longitud de la curva se obtiene la relación

(8)

2.1.3 Curvatura La curvatura k de la curva C en un punto de la curva, se define como la medida de la rapidez con que cambia de dirección la curva en el punto. Esto se puede representar como la razón de cambio del vector tangente unitario respecto a la longitud de arco de acuerdo a la expresión


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(9)

Al valor se le denomina radio de curvatura y puede interpretarse como el radio de la circunferencia que más se ajusta a la curva en el punto (Stewart, 2008).

2.1.4 Vector normal unitario Si , en un punto P de la curva C, un vector unitario perpendicular al vector tangente y normal a la curva en el punto se obtiene de la relación.

(11)

De la expresión (11) se obtiene la relación Ver figura 3

.

Z T(t)

N(t)

Y X

Figura 3. Representación de los vectores normal y tangente unitarios en un punto sobre una curva

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2.1.5 Componentes normal y tangencial de la aceleración De la ecuación (6) se deduce la expresión ahora, al derivar esta relación se llega a la expresión

, (12)

de (12) se obtiene la expresión . Ahora, como , se llega a una relación en la que la aceleración se expresa como la resultante de los vectores ortogonales . Ver figura 4 (13)

La expresión (t) representa la aceleración de una partícula cuando ésta se ubica en el punto P, es decir en el tiempo tp y en términos de sus componentes normal y tangencial. Si las componentes normal y tangencial de la aceleración se denotan por aN, y aT respectivamente, se obtiene la expresión

(14)

donde aN= Z

at T(t)

a(t)

N(t)

aN

Y

X Figura 4. Representación de la aceleración en su descomposición tangencial y normal


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2.2 Programación de la interfaz Con Matlab se construye una función denominada ‘graficador’, encargada de capturar las componentes en x,y,z de la relación vectorial de interés para el usuario. En la misma secuencia, se logra una primera representación gráfica de la curva en el espacio tridimensional. La figura que muestra la función vectorial, se puede modificar a través de los objetos deslizadores disponibles en la interfaz para variar el ángulo de visión de la gráfica (Pratap, 2006). Esta acción permite apreciar detalles particulares de la curva como sus proyecciones sobre los planos coordenados xy, yz y xz; esto le da el carácter de dinámico a l a herramienta. Dentro de este mismo panel, se anexa un botón que permite generar una versión animada de la curva, y que muestra el recorrido de la función vectorial conforme se dan las variaciones en el parámetro t. Ver figura 5.

Figura 5. Paneles de ingreso y modificación del ángulo de visión de la curva

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La función ‘vecvel implementada al interior de la interfaz, calcula las expresiones para obtener los vectores velocidad y la aceleración en cualquier tiempo t. Esta misma rutina, muestra en el gráfico, la representación de algunos vectores velocidad y aceleración aplicados sobre la curva (Arnold, 1997). La función ‘calculador’ asociada al parámetro t de entrada, calcula los vectores de posición, velocidad y aceleración en sus componentes x,y,z. De igual forma, esta misma función realiza el cálculo de la rapidez asociada al parámetro t y los valores de la curvatura y el radio de curvatura en el punto. Ver figura 6. ,

Figura 6. Paneles para cálculos de características de funciones


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2.3 Ejecución de la aplicación Los campos de entrada de la aplicación, se han diseñado de manera que el usuario ingrese al sistema las características de la función vectorial por medio de tres campos asociados a las componentes en x,y,z de la relación vectorial. La figura 7 muestra las componentes de la aplicación GUIDE, en ella se observan los campos en los que el usuario puede manejar la interfaz para digitar las componentes de la curva en el espacio tridimensional. Una ventana gráfica en la GUI ilustra en todo momento la gráfica de la relación La interfaz gráfica dispone de un panel que muestra las características de la curva en relación al vector tangente, vector aceleración, rapidez, curvatura y radio de curvatura para un valor específico de t dado por el usuario. La figura 7 muestra de manera general, la salida de la interfaz para una curva helicoidal cuya ecuación está dada por .

Figura 7. Interfaz Gráfica de Usuario para análisis de curvas en el espacio

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Una vez cargada la función vectorial, esta aparecerá ilustrada en la ventana gráfica del panel, así como el conjunto de características de la función especificadas por el usuario. Al variar los parámetros relacionados con los ejes de graficado, se podrá disponer de una actualización de la figura, la cual permite ver en más detalle las características de la relación en el espacio.

3. Conclusiones Los contextos de aprendizaje fundamentados en la visualización, exploración, y contraste de resultados, acercan al estudiante al dominio de los distintos conceptos y procedimientos propios del área de la matemática, en este sentido, las herramientas informáticas permiten la experimentación y posibilitan que los estudiantes participen del logro de conocimientos y de la apropiación de significados relacionados con objetos matemáticos. Estas herramientas favorecen la comprensión y aplicación de los principios teóricos que evidencian un aprendizaje significativo e individualizado. Se destaca finalmente las bondades de un software educativo que permite al docente construir ejemplos para ilustrar resultados y procedimientos; en este sentido, el Matlab se constituye como un potente recurso didáctico para el diseño de aplicaciones que facilitan los procesos de enseñanza y aprendizaje de los temas propios del área del cálculo.

4. Referencias Arnold D, (1997), Velocity and Acceleration Vectors In Matlab. Math 50c_ Multivariable Calculus. Recuperado el 15 de agosto de 2009 de http://online.redwoods.cc.ca.us/instruct/darnold/MULTCALC/velacc/velacc. pdf Barragán G. D. (2006). Manual de interfaz gráfica de usuario en Matlab, Parte 1. Recuperado el 17 de septiembre de 2009, de Matlab Central:

http://www.mathworks.com/matlabcentral/fileexchange/12122

Pratap R, (2006). Getting Started With MatLab 7. A Quick introduction for Scientists and Egineers. New York- Oxford University Press.

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Stewart J. (2008). Cรกlculo trascendentes tempranas (Sexta ed). Mexico, Cengage Learning. The Mathworks Inc. (2004), Creating Graphical User Interfaces, version 7.

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La comunicación de la ciencia y la tecnología: un estudio de caso en la ciudad de Medellín Silvia Inés Jiménez G.1 Marta Palacio S.2

Resumen En este artículo se abordan los resultados de la investigación “La comunicación de la Ciencia y la Tecnología en los museos de Ciencia y Tecnología de la ciudad de Medellín”, donde se expone un análisis desde los modelos de Déficit Simple, Déficit Complejo y Modelo Democrático de las estrategias de comunicación usadas en los museos y parques de ciencia y tecnología de la ciudad de Medellín. Se sostiene en este estudio que, comunicar los desarrollos científicos y tecnológicos en un momento tan coyuntural por la presión que ejerce la demanda para que el conocimiento llegue al ciudadano de a pie, implica reconocer que la ciencia y la tecnología, no deben expresarse en un lenguaje que se aleje cada vez más de las posibilidades de comprensión para quien no es experto y así contribuir con una formación crítica del ciudadano frente a los desarrollos tecnocientíficos. El estudio se llevó a cabo mediante un enfoque cualitativo. El análisis de los modelos de comunicación citados, permitió encontrar obstáculos importantes por resolver en las estrategias de comunicación empleadas, para lograr la comprensión y apropiación de la ciencia y tecnología.

1 Académica-Investigadora del Instituto Tecnológico Metropolitano –ITM-. Magíster en Lingüística y Español, Universidad del Valle. Especialista en la Enseñanza del Español. Universidad Pedagógica Nacional de México. silviajimenez@itm.edu.co 2 Académica-Investigadora del Instituto Tecnológico Metropolitano –ITM-. Magíster en Sociología de la Educación. Administradora de Empresas Agropecuaria. marthapalacios@itm.edu.co Fecha de recepción: 28 de octubre de 2009 Fecha de aceptación: 22 de noviembre de 2009

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Palabras clave Comunicación de la ciencia y la tecnología, museo de ciencia y tecnología, modelo del Déficit Simple, modelo de Déficit Complejo y Modelo Democrático.

Abstract Herein we show the results of the research entitled “Science and Technology Communication in Science and Technology Museums in the city of Medellín”. Our analysis was based on the Simple deficit, Complex deficit and Democratic model of the communication strategies used by the museums. We claim that transmitting science and technology developments during this critical time ─ when an urgent call is being made to enable common people access to knowledge ─ entails, on the one hand, understanding that science and technology must not be expressed in terms that would make it difficult for non-experts to comprehend. And on the other hand, it entails fostering a critical view among citizens about technical and scientific developments. The study was carried out through a qualitative approach. Evaluating obstacles and possibilities derived from the strategies implemented is necessary to improve communication processes at Science and Technology museums and, consequently, their ability to actually contribute to the production, distribution, and democratic use of science- and technology- related knowledge in our region.

Key words Science and technology communication, science and technology museum, Simple Deficit model, Complex Deficit model, and Democratic model.

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Introducción

En los museos de CyT3 en el contexto de la sociedad del siglo XXI, particularmente en América Latina, es cada vez más urgente la generación de estrategias públicas que propicien la democratización de la ciencia y la tecnología con miras a incentivar su producción, distribución y apropiación, de acuerdo con la UNESCO en la declaración de Budapest (1999). Los museos están llamados a contribuir con la promoción del aprendizaje social que permita la participación de los ciudadanos en decisiones que generen valores y acuerdos sociales, políticos, económicos, éticos y ambientales, ampliamente compartidos; y lograr el respaldo ciudadano a políticas tecnocientíficas4 que propendan el desarrollo, el progreso y la sostenibilidad de los pueblos. La indagación se adelantó haciendo uso de enfoques cualitativos. Las técnicas de recolección de información fueron: documentales, para elaborar el estado del arte; entrevistas a directivos, jefes de comunicaciones, directores pedagógicos, guías y talleristas. Observación directa y asistencia a diversos eventos como conferencias, foros y talleres. El análisis de la comunicación de la ciencia y la tecnología en los museos estudiados Parque Explora, Museo Interactivo EPM, Planetario “Jesús Emilio Ramírez” y Museo Universitario permitió identificar la preeminencia de dos modelos de popularización de la ciencia y la tecnología: el de Déficit Simple y el de Déficit Complejo. Sin embargo, es importante resaltar que estos mismos museos en algunas prácticas tienden al modelo democrático, sin que esta tendencia sea permanente y explícita en sus propuestas.

3 Ciencia y Tecnología 4 El concepto de tecnociencia hace referencia a la unión de las palabras ciencia y tecnología, acuñado por Bruno Latour y al cual se refiere Fernando Broncano (2000) quien sostiene que en la sociedad contemporánea sólo a efectos académicos es posible separar el conocimiento científico del tecnológico.

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1. Referentes teóricos y categorías

de análisis

Los componentes teóricos tienen como punto de partida las críticas a las tendencias a concebir la ciencia y la tecnología como objetivas y neutrales; sin intereses o factores subjetivos. Desconocimiento de la historia de la ciencia y la tecnología al ser asumida como resultado de la acumulación de conocimientos objetivos al margen de condicionantes externos. Por otro lado, planteamos una adhesión a posturas que proponen entender la ciencia y la tecnología como un conocimiento histórico y, en este sentido, provisional, cambiante, sujeto a modificaciones (Quintanilla, 2002) y en ocasiones, generadora de riesgos para la sociedad y el medio ambiente (Beck, 1998). Asimismo, consideramos que la comunicación de la ciencia y la tecnología es prioritaria, dada la necesidad de resolver problemas como la exclusión de los beneficios generados por los nuevos sistemas tecnocientíficos y de la posibilidad misma de generar conocimiento (Olivé, 2007). Se han asumido como referentes teóricos los planteamientos provenientes de la matriz de modelos de popularización de la ciencia, elaborados por Lozano (2005) donde se les caracteriza según las denominaciones de Déficit Simple, Déficit Complejo y Modelo Democrático; las categorías de análisis abordadas son: a) los objetivos de los museos b) la concepción de ciencia y tecnología c) Público al que se dirigen d) Medios de comunicación utilizados e) Los contenidos que se abordan. A partir de este proceso se logró obtener la siguiente caracterización:

2. Caracterización de los museos estudiados • Museo Interactivo EPM es un espacio de ciencia y tecnología cuyo propósito es ser el lugar en donde sus visitantes pueden experimentar y aprender mientras se divierten con los procesos que intervienen en la prestación y el uso adecuado de los

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servicios públicos (agua, gas, energía y telecomunicaciones) y el medio ambiente. De acuerdo con su filosofía, toda la actividad está centrada en el visitante5. • Parque Explora es un parque interactivo, “para la apropiación y la divulgación de la ciencia y la tecnología”6. Es un espacio urbano orientado a incentivar la creatividad y posibilitar la experimentación y el aprendizaje a partir de estrategias lúdicas; se propone, además, a la población la oportunidad de construir conocimiento científico-tecnológico para el desarrollo, el bienestar y la dignidad. • Planetario Municipal “Jesús Emilio Ramírez”7, uno de los campus del Instituto Tecnológico Metropolitano –ITM-, se orienta a la formación en ciencias básicas de sus educandos. Cuenta con una oferta académica-cultural de programas de divulgación científica, de motivación por la ciencia y la tecnología, de semilleros, talleres, exposiciones y observaciones astronómicas. • Museo Universitario de la Universidad de Antioquia8 se propone servir de enlace entre la academia y la sociedad por medio de sus colecciones, programas educativos y de extensión orientados a coleccionar, investigar, conservar, exhibir y divulgar el patrimonio natural, cultural, artístico, antropológico e histórico. Posee, además, la “Sala Galileo” dedicada a la divulgación de ciencia y tecnología.

3. Discusión y resultados El Modelo de Déficit Simple retoma de la tradición de la popularización de la ciencia iniciada en el siglo XIX (Lozano, 2005), cuya 5 Folleto “Soñar el futuro”. Museo Interactivo EPM. Medellín, 2006. 6 Plegable Parque Explora “El gran proyecto educativo, cultural y urbano para la Medellín del siglo XXI”. 7 Entrevista con el director del Planetario Sr. Gabriel Jaime Gómez Carder. 18 de mayo de 2007 8 Plegable Museo Universitario

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intencionalidad es llevar los resultados de la ciencia al público en general, poniendo a su alcance la información científico-tecnológica a manera de teorías, hechos, objetos, artefactos terminados sin que exista posibilidad alguna de transformación, intervención, etc. Este proceso de popularización parte de asumir que el objetivo es bueno per sé, así como se consideraba en el periodo de la Ilustración en el siglo XVIII, que consistía en traducir este conocimiento para hacerlo comprensible al público no experto. En el Modelo de Déficit Complejo el énfasis recae en la necesidad de trabajar para lograr la comprensión pública acerca de cómo operan la ciencia y la tecnología. Además, propicia la comprensión y el conocimiento de los hechos científicos y tecnológicos. Este enfoque rebasa, entonces, la idea de popularización concebida en el modelo anterior. Esto es, se inclina hacia la creación de vínculos más estrechos con los procesos educativos y amplía las estrategias para incursionar en la educación formal, no formal e informal (Lozano, 2005). En este enfoque, los estudios se orientan a cuánto conocimiento puede tener el público sobre la ciencia, la relación entre ambos, como también, a la indagación sobre las actitudes y percepciones públicas sobre la ciencia y la tecnología. Este modelo ha creado dinámicas en las sociedades contemporáneas que ponen en primer plano las políticas de apropiación social de la ciencia y la tecnología y convertir a los ciudadanos organizados en distintas dimensiones sociales en agentes activos de la valoración, validación y uso del conocimiento. En otras palabras en “cómplices efectivos de la construcción y de los beneficios de las sociedades del conocimiento” (Aubad, et al, 2005). En cuanto al Modelo Democrático surge como una reacción crítica a los modelos anteriores –considerados, en términos generales, modelo tradicional o modelo de déficit-, y también como producto de la reflexión en otras áreas del conocimiento como el de la educación y el de las ciencias sociales, así como de la evaluación participativa de la ciencia y la tecnología (López et al., 1998).

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Presenta diferencias con los dos anteriores ya que éste concibe el conocimiento científico-tecnológico como una dimensión cultural amplia que admite la existencia de otros conocimientos igualmente válidos e importantes. Por otra parte, el conocimiento científicotecnológico es asumido desde este modelo como un conocimiento histórico y en este sentido es provisional, cambiante, sujeto a modificaciones (Quintanilla, 2002) permanentes y, en ocasiones, generador de riesgos para la sociedad y el medio ambiente. El énfasis de la comunicación de la ciencia en este modelo, no está en traducir el conocimiento científico a un público de no expertos sino en lograr una comunicación bidireccional entre agentes sociales a los que se les reconoce un conocimiento y experticias previos, o sea que se reconoce al sujeto como poseedor de un conocimiento (y en este sentido está en igualdad de condiciones con los expertos), que luego será capaz de relacionar y aprovechar los nuevos conocimientos para la toma de decisiones ilustradas desde la ciencia y la tecnología.

3.1 Contexto de Ciencia En los museos se aprecia el esfuerzo por traducir conceptos complejos a unos más sencillos, como se evidencia en el modelo de déficit simple. Por otra parte, en el modelo de déficit complejo y en términos de la trasposición didáctica9, en los museos estudiados se nota un interés predominante por educar y complementar los procesos educativos, así como vincular la labor de los museos con las escuelas y colegios de la ciudad y del departamento; para ello, realizan talleres con los maestros y guías pedagógicas para ser desarrolladas por parte de los alumnos visitantes de los museos. En los museos estudiados se pueden apreciar diferentes estrategias didácticas para acercar el conocimiento científico y 9 Lo que implica una mediación de la didáctica para construir un lenguaje asequible que posibilite el aprendizaje sin que el conocimiento se desvirtúe. Esto es, que el conocimiento de los expertos se transforme en un conocimiento susceptible de ser enseñado.

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tecnológico al público lego tales como las usadas para comunicar complejas teorías como la de la evolución de las especies y la teoría del Big Bang, empleando estrategias como el cine foro y los talleres. Aunque los modelos de déficit simple y complejo pretenden difundir y educar en ciencia y tecnología, en esta investigación observamos que la comunicación se da en términos de traducción. Esto es, se encuentran limitados por una concepción de público como “depositario” o receptor de asuntos referidos a ciencia y tecnología, carente de análisis o de posiciones críticas acerca de los temas de ciencia y tecnología. Cabría preguntarnos ¿los museos sí posibilitan aprendizajes significativos en materia de ciencia y tecnología? o ¿en qué medida en la práctica de los museos prima el interés por la diversión, el espectáculo y el entretenimiento a la manera de los museos de la antigüedad? Objetivos Los objetivos de la comunicación de la ciencia y la tecnología para un modelo de déficit simple están basados en una comunicación que utiliza diversos medios y alternativas para lograr que el conocimiento llegue al público espontáneo. Más allá de éste, el modelo complejo aspira a obtener aceptación, valoración, reconocimiento y comprensión acerca de la ciencia y la tecnología frente a su quehacer, logros, avances y resultados. Sin embargo, en un modelo democrático se espera generar la participación activa de la población, en el sentido de que el público sea capaz de asimilar, reflexionar y hacer uso del conocimiento, para dar solución a problemas de su cotidianidad. Los modelos de popularización del conocimiento se dan de manera combinada. Tal es el caso en los procesos de comunicación de la ciencia y la tecnología en los museos estudiados. En esta categoría podemos decir que en el museo interactivo EPM esto se hace evidente: se combinan los modelos del déficit simple y complejo por cuanto se observa, en primera instancia, un interés por comunicar los desarrollos científicos y tecnológicos aplicados a los servicios domiciliarios a través de la lúdica o el juego, la experimentación, la interactividad: “[…] aprendes más sobre la

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ciencia y sus usos en la tarea diaria de la empresa: prestación de los servicios públicos domiciliarios”.10 Se combina con el modelo de déficit complejo cuando se puede inferir, en segunda instancia, la intencionalidad del museo, que consiste en informar y asombrar al visitante, lo que conlleva a mostrar la ciencia y la tecnología como una cosa buena per sé: “[…] y asombrarte con esos pequeños modelos en miniatura, que son grandes obras en la macroestructura del funcionamiento de Empresas Públicas de Medellín”11. Todo lo anterior nos permite inferir que la intención en los objetivos de este museo es que la gente conozca los desarrollos científicos-tecnológicos y aprenda a valorarlos, desconociendo que el desarrollo de la CyT también entraña contradicciones como la situación que genera nuevas formas de exclusión social “[…] y en el mundo entero hay cada vez más grupos sociales, y pueblos enteros que quedan excluidos de los beneficios de los nuevos sistemas tecnocientíficos, pero aún, quedan excluidos de la posibilidad misma de generar conocimiento” (Olivé, 2007). Es importante en nuestro análisis, mostrar que los objetivos de los museos pretenden inscribirse en el modelo democrático, aún no se logra plenamente la participación ciudadana e imponer nuevos retos a la comunicación científica, esto es “acercar la sociedad a la ciencia, promoviendo la participación pública en las decisiones tecnocientíficas contemporáneas” (Osorio, 2008). Comunicar la ciencia sin que medien los objetos concretos es una labor compleja. Tradicionalmente, los museos desde sus más remotos orígenes se dedicaron a la exhibición de objetos que pudieran ser comprendidos a través de los sentidos y luego a través de la experimentación, de ahí que actualmente podamos comprender la dificultad para comunicar conocimientos sin la mediación de los objetos concretos, por ejemplo abordar temáticas que tienen que ver con la cotidianidad de los ciudadanos como en el

10 Folleto “Soñar el futuro”. Museo Interactivo EPM. Medellín, 2006. Pág.5 11 Ídem

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caso de la economía. Abrir la discusión en los museos, reflexionar acerca de cómo enfrentar la comunicación del conocimiento que no puede ser mediado por objetos concretos que el público pueda observar. En los museos estudiados no encontramos evidencias de cuestionamientos acerca de cómo, por ejemplo, utilizar la interactividad para lograr la comunicación de ciencias cuyos objetos son de naturaleza abstracta, como pueden ser la lingüística, la economía, la historia, por nombrar algunas. Esto genera una visión parcial frente a la existencia de las diferentes formas del conocimiento científico. Sin embargo, es de resaltar que en el Museo Universitario se aprecia una importante labor por la conservación de la cultura. De ahí que exprese su interés por “Contribuir a la conservación y divulgación de nuestras riquezas ambientales, artísticas, arqueológicas y etnográficas. Custodiar el patrimonio cultural y natural que representan nuestras colecciones.”12. Este museo se compromete no sólo con la exhibición y conservación sino con la producción del conocimiento en el campo de la antropología y de la historia, por ejemplo.

3.3 Concepción de la ciencia y la tecnología En los modelos del déficit simple y complejo la concepción que se tiene frente a la ciencia y la tecnología es la denominada “concepción tradicional”, caracterizada por creer que el conocimiento es “certero y seguro” (Lozano, 2005), que debe ser comunicado a otras personas que no poseen este tipo de conocimiento, es decir, que ‘ignoran’ o ‘no saben’ nada de ciencia y tecnología. En los museos de ciencia y tecnología existe un gran interés por lograr la apropiación social del conocimiento; sin embargo, se encuentran cierta tendencia a exponer los desarrollos científicostecnológicos como resultado de un proceso ideológicamente neutro, ahistórico, y conducente al logro de una “verdad” dotada de 12 Plegable Museo Universitario

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universalidad. Tal es el caso de exponer todo lo relacionado con cohetería y el desarrollo de artefactos espaciales13 lo cual requiere reconocer que el surgimiento y los avances logrados en este campo de conocimiento obedecen a condiciones específicas de contexto histórico y político de dos naciones en conflicto por la búsqueda del predominio económico y militar. En algunos casos sí existe una concepción más democrática de ciencia. Según el modelo democrático “la ciencia es un cuerpo de conocimiento parcial, provisional y, en ocasiones, controversial y potencial productor de riesgos” (Lozano, 2005). De esta manera, podemos afirmar que en los museos estudiados se ha avanzado en la contextualización histórica, ambiental y social del conocimiento científico natural y en la exposición misma del objeto; así como en la visualización de los posibles riesgos que puede generar el conocimiento. Se aprecia el avance de los museos investigados en la capacidad descriptiva que conduce a la apropiación cognitiva de la ciencia y la tecnología, en términos de conceptos y características. Sin embargo, se conserva la brecha entre el contexto de producción del conocimiento científico y tecnológico que problematiza sus objetos de estudio y presenta alternativas y soluciones y, el conocimiento meramente descriptivo y explicativo que no trasciende al nivel de problematización. Es decir, sigue la distancia entre “el científico y el no-científico, de un lado; y del otro, los ‘profanos’, los ‘legos’, los ‘iletrados’, los ‘ignorantes’, los ‘políticos’, creándose así sociedades bipolares en las que unos ‘saben’ y los otros ‘deciden’, dentro de una especie de esquizofrenia social moderna.” (Hoyos, 2005).

3.4 Público al que se dirigen Se entenderá por público en el contexto de los museos al visitante lego en general, cuando se trate del modelo del déficit simple; o al público en general incluyendo al de las instituciones de educación formal como las escuelas, colegios o universidades 13 Planetario de Medellín

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cuando se trate del modelo de déficit complejo y, para el modelo democrático el público se define a partir de intereses específicos como grupos sociales, empresarios, científicos, políticos, entre otros. La visión en las definiciones de déficit simple y complejo frente al “público” conserva la concepción tradicional frente a la ciencia y la tecnología como actividades independientes carentes de valores e intereses. Lo que quiere decir que siguen anclados en una concepción de neutralidad valorativa de la ciencia y la tecnología. Y es en estos modelos que se perfilan los museos estudiados. En estos museos el público se concibe de manera amplia: en el Planetario Municipal se convoca a estudiantes y público en general; en el Parque Explora14 además de todo el público, se enfatiza en las instituciones educativas. El museo interactivo EPM15, se convoca a niños, jóvenes y adultos y en el museo Universitario16 a estudiantes de pregrado y posgrado a la investigación, público infantil, entre 3 y 8 años, público juvenil, personas con escasas oportunidades académicas y laborales. Es en este último museo donde se aprecia un avance significativo en la práctica del modelo democrático en cuanto a que convoca a públicos con intencionalidades específicas, particularidades diversas de acuerdo con los grupos sociales, expectativas y edades diferentes. Sin embargo, se puede considerar que en las prácticas de los museos estudiados, no se percibe un modelo democrático ya que aún prevalecen sólo las concepciones de un público que accede al museo para informarse, conocer y disfrutar de los avances tecnocientíficos, ya lo dice Hermelín (2008) “[…] no se trata sólo de lo que la sociedad puede y debe aprender de los científicos y expertos, sino de lo que los expertos y los científicos pueden y deben aprender de la sociedad”. Asimismo, falta “[…] acercar el conocimiento especializado al ciudadano haciendo ver que el científico más que un héroe es un 14 Plegable Parque Explora “El gran proyecto educativo, cultural y urbano para la Medellín del siglo XXI”. 15 Folleto “Soñar el futuro”. Pág. 5 16 Plegable Museo Universitario

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trabajador, y que detrás de cada logro científico existe un arduo proceso de trabajo que no siempre da resultados. Que los científicos y su trabajo van más allá del estereotipo, aún vigente de las batas blancas, y los tubos de ensayo” (Castellanos, 2008). En términos de la convocatoria a diversos públicos encontramos que los museos de CyT han superado el modelo del déficit simple, porque si bien estos museos abren sus puertas al público en general han hecho grandes esfuerzos para realizar diferentes actividades para públicos específicos, especialmente al público de las instituciones educativas. Tal es el caso de Explora con programas como “Ciencia en bicicleta”, “Talleres de construcción de robots, en el Planetario Municipal, actividades para los colegios, entre otras.

3.4 Medios Durante los últimos treinta años los museos de CyT se han transformado en consonancia con la complejidad que cobra la comunicación de la ciencia y la tecnología, ahora es posible observar la confluencia de periódicos, boletines, revistas, programas de radio, cine y televisión, conferencias, eventos y todas las versiones electrónicas de estos medios, acentuando la necesidad de reflexiones, que más allá de plantearnos interrogantes frente al museo como centro de divulgación del conocimiento, nos conduzcan a indagar acerca de las interrelaciones de los medios que confluyen en él y por ende, apreciar que en la divulgación o popularización de la ciencia y la tecnología que allí se realiza, se encuentran incluidos, también, en su sentido más amplio, todos los modos, maneras y espacios que favorecen una interacción entre la ciencia, la tecnología y el público, dando lugar a que se cree conocimiento, se difunda y hasta se negocie (Ursua, 2004). Es por ello que, los museos de ciencia y tecnología en la actualidad, son considerados mediadores sociales para contribuir al logro de la inclusión social; ya no se conciben como los antiguos gabinetes de curiosidades producto de colecciones privadas y las galerías del Renacimiento sino que comienzan a generar y ganar un espacio social en el que desarrollan un papel protagónico.

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En esta categoría de análisis podríamos decir que en el modelo de déficit simple se encuentran “los medios de comunicación masiva y los utilizados para la popularización” (Lozano, 2005). En el de déficit complejo están los medios de comunicación masiva y los de popularización y medios para la enseñanza”; en el modelo democrático son “medios participativos: foros, debates, grupos de consenso y desarrollo de proyectos conjuntos entre expertos y no expertos”. Los museos, entonces, como medios de comunicación se valen de múltiples estrategias, entre ellas, la comunicación a través de los objetos, la comunicación a través de los conceptos, los guías y los procesos interactivos, entre otras. La comunicación a través de los conceptos: como por ejemplo, los expresados en textos explicativos en carteles, paneles, etcétera. Una de las características de mayor importancia en estos procesos comunicativos es el uso de las nuevas tecnologías de la información y las telecomunicaciones que contribuyen a realizar una divulgación de la ciencia y la tecnología con mayores recursos provenientes de las denominadas TIC’S. Es importante resaltar, también, que con la interactividad se da la oportunidad de experiencias de carácter lúdico que “exaltan la belleza de la tecnología y la naturaleza”17, que divierten y entretienen al visitante. La comunicación a través de los objetos: esta estrategia es quizá, la más antigua de todas. Si bien en esta investigación se ha podido establecer que todas estas posturas tienen vigencia y son utilizadas comúnmente para que el público visitante acceda a la ciencia y la tecnología a la manera del déficit simple y además, aprenda a la manera del déficit complejo, no alcanzan todavía el modelo democrático en cuanto a que no se develan rasgos de convocatoria a la realización de proyectos conjuntos entre expertos y no expertos; no se problematiza la apropiación de la ciencia y la tecnología a la luz de ‘eso que está pasando en los sujetos’, es decir subsiste, en algunos casos, la exhibición de objetos como expresión

17 Plegable Parque Explora “El gran proyecto educativo, cultural y urbano para la Medellín del siglo XXI”.

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del culto al artefacto tecnológico, no se construye una postura dialógica, no siempre se relaciona el objeto con la cotidianidad del visitante, y tampoco con su contexto en la búsqueda de contribuir a la resolución de problemas. Con base en lo anterior es pertinente formularnos la siguiente pregunta ¿cómo los museos de Medellín podrían contribuir a la construcción de una postura dialógica para que el visitante desarrolle un pensamiento analítico y crítico y produzca un discurso argumentado e intencional de la ciencia y la tecnología? La comunicación a través de los guías: en todos los museos estudiados se encontró como una constante la utilización de guías especializados en diferentes áreas, cuya labor fundamental es construir ‘ese diálogo’ entre el visitante y el museo: brindarle toda la información, generarle motivación, asombro y curiosidad. Es importante reconocer que el ser humano tiende más a ser afectivo frente al conocimiento que frente al objeto mismo, en consecuencia el visitante estará más centrado en el guía: quién habla, cómo habla, cómo se expresa y qué tanto sabe. En algunos de los museos de esta investigación se observaron grandes diferencias entre los guías. Algunas de ellas tienen que ver con la formación que reciben éstos, su capacidad de acercarse al público, su fluidez en el discurso.

3.5 Contenidos Los museos de CyT orientados por el modelo del déficit simple priorizan el interés por una comunicación de contenidos asociados a los resultados de la ciencia y la tecnología como hechos relevantes, teorías y desarrollos tecnológicos novedosos. En el modelo del déficit complejo, se mantiene la intencionalidad por comunicar los resultados o logros de la ciencia y tecnología a la manera de hechos acabados, incluye, también, el nuevo interés por lograr la aceptación y valoración por la ciencia y obtener el apoyo del público, trata de remediar, a su vez, los ‘vacíos’ en la comprensión y uso18que de la tecnociencia hace el público. 18 Como lo expresa Wynne (1995) al exponer sus críticas frente al ‘modelo del déficit’.

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En el modelo democrático los contenidos de la ciencia y la tecnología están situados en contextos diferentes (científicos, políticos, empresariales, sociales, geográficos, entre otros), así mismo los sujetos están inmersos en variados contextos y poseen múltiples intereses, valores, relaciones de poder, entre otros, que definen el qué (contenido), el cual no es ya el campo donde subyace la idea del conocimiento ‘verdadero’, ‘acabado’, ‘seguro’ y capaz de dar respuestas absolutas. El conocimiento se concibe ya como una construcción social, provisional, sujeta a modificaciones permanentes, y a la manera de Kuhn (1971), es un campo en el que se operan revoluciones que destronan paradigmas. En este modelo se resalta en los contenidos el interés por diferentes tipos de conocimiento y experticias, tal es el caso del Museo Interactivo EPM cuyos contenidos están distribuidos por salas: Sala Ikúa, sala Ikuaka, Puka Lupana y sala Kuarachi, en ellas se mezclan la ciencia, la tecnología, los juegos, el entretenimiento con los animales nativos de regiones colombianas y se resalta el cuidado por ellos y por el medio ambiente, para lograr una visión de futuro muy significativa en cuanto a la percepción de un mundo cambiante que debemos conservar. Este museo se aproxima en gran medida, al modelo Democrático porque posibilita el contacto entre el visitante con distintas perspectivas provenientes de la ciencia y la tecnología contemporáneas para ponerlas en diálogo con los conocimientos provenientes de otros grupos sociales con diferentes valores e intereses; así como con los del ámbito político, empresarial, comunitario. Por la manera como se presentan los contenidos en los museos restantes corresponden más a los modelos de déficit simple y un poco del complejo; no se percibe el desarrollo de propuestas en donde se dé lugar a temáticas que procuren la participación de grupos sociales que estén de acuerdo con sus necesidades, intereses, valores y expectativas, tampoco se desarrollan allí propuestas conducentes a la resolución de las problemáticas del entorno social y cultural de la ciudad de Medellín.

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4. Análisis de resultados El análisis de las estrategias de comunicación de la ciencia y la tecnología en estos museos permitió identificar la preeminencia de dos modelos de popularización de la ciencia y la tecnología: el de Déficit Simple y el de Déficit Complejo. Sin embargo, es importante resaltar que estos mismos museos en algunas prácticas tienden al Modelo Democrático, sin que esta tendencia sea permanente, clara y explícita en sus propuestas. Aunque los museos estudiados hacen explícito en sus misiones y objetivos el interés porque la comunicación científica y tecnológica posibilite la participación ciudadana en los desarrollos tecnocientíficos, todavía no se vislumbran en ellos, estrategias que propendan la adquisición de capacidades de los ciudadanos para opinar y decidir con criterio sobre los problemas en los que la ciencia y la tecnología puedan intervenir en las posibles soluciones. Una de las razones para que la comunicación de la ciencia y la tecnología en nuestro medio, no haya avanzado hasta alcanzar procesos efectivos de participación pública es la persistencia de algunas ideas que condicionan la mente del ciudadano dificultando una apropiación crítica de los desarrollos tecnocientíficos, como que la “verdad” científica es ahistórica, apolítica, universal y unidireccional; el lenguaje de la ciencia es opuesto a todo uso retórico; la tendencia a la sacralización del conocimiento científico y de sus ‘sacerdotes’ y la concepción de la ciencia como actividad pura, libre de valores, intereses, emociones (De semir, 2000). La labor del museo actual de CyT de cuarta generación19 se constituye en una práctica sociocultural que promueve el diálogo 19 Los museos denominados de cuarta generación se definen principalmente por “el énfasis que se pone en lograr la participación creativa del visitante, al ofrecerle una experiencia definida por él mismo, elegida entre varias opciones. Se vale de la tecnología de punta para su diseño. Ofrecen una experiencia al visitante inmersiva y de tipo pentadimensional. La quinta dimensión es la posibilidad que tiene el visitante de redefinir la exhibición misma; por tanto, son exhibiciones de “final abierto” que van más allá del sólo tocar y manipular. Además, estos centros buscan responder a las expectativas y necesidades de los visitantes a través de la oferta de experiencias enfocadas hacia la solución de problemas de su vida cotidiana.

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entre científicos, los divulgadores y público en general, con miras a fomentar la comprensión pública de la ciencia y la tecnología. Para llegar a él se hace necesario, en nuestro medio, construir una nueva imagen de la comunicación de la ciencia y la tecnología, recuperando los aportes de disciplinas como la sociología, la filosofía y la historia de la ciencia, así como los estudios culturales de ella, que no se evidencian como una práctica generalizada en los museos estudiados en esta investigación. Se percibe sí, que en estos museos subsisten prácticas correspondientes a la segunda generación en cuanto a la necesidad de vincular de una manera más activa a los visitantes, incluyendo un enfoque demostrativo de cómo funcionan las cosas a partir de exhibiciones que reaccionan a la puesta en marcha por parte del visitante, cuyo papel es receptivo; y de tercera generación de enfoque mayoritariamente interactivo, es decir, procuran una interdependencia y una acción recíproca entre la exhibición y el usuario. Tienden a basarse en modernas tecnologías y en enfoques lúdicos. Generalmente, las experiencias interactivas que ofrecen al usuario son de “final cerrado”, esto es, con secuencias y resultados predeterminados” (Lozano, 2005).

5. Conclusiones Con base en lo anterior, los museos deberán inducir a la reflexión sobre los alcances, las limitaciones y los riesgos que encierran los desarrollos científicos y tecnológicos y los horizontes que abren los nuevos descubrimientos; motivar a los visitantes a participar activamente y a razonar autónomamente sobre sus experiencias. La interactividad sigue siendo un gran interrogante en las propuestas museísticas ya que aun no se tiene un consenso frente a ¿qué es la interactividad? ¿Cómo se inserta en las propuestas para

Con frecuencia incluyen experimentos con animales y plantas y se convierten en foros de análisis y debate social sobre temas de ciencia y tecnología y su papel en la sociedad actual.” (Lozano, 2005: 160)

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el aprendizaje que se desarrollan en los museos? ¿Cuáles son los aportes más significativos de las nuevas tecnologías (TIC’s) en los procesos de apropiación del conocimiento científico y tecnológico en los museos de CyT en Medellín? ¿Cómo lograr que el visitante se involucre en la experiencia propuesta por el museo para convertirse en un sujeto activo en el proceso de construcción y apropiación social del conocimiento científico–tecnológico? En estos museos se observa el ánimo de hacer presencia activa dentro de la comunidad trascendiendo su papel tradicional en cuanto a la conservación y exhibición de objetos, sin embargo, subsisten prácticas que obstaculizan la democratización de la ciencia y la tecnología dado que aún no se proponen mecanismos de participación ciudadana para la producción, aplicación y evaluación de la ciencia y la tecnología dirigidas al establecimiento de alternativas pluralistas de criterios flexibles que permitan ampliar la base de la participación de agentes sociales como políticos, expertos y ciudadanos de múltiples procedencias y abrir espacios que propicien el acercamiento y el diálogo entre ellos, para la búsqueda de consensos y negociaciones. De ahí la importancia de la labor de los museos de CyT por su contribución a acortar poco a poco esta distancia y, en esa medida, acercar la ciencia y la tecnología a la vida cotidiana de todos y generar interés de los ciudadanos no sólo para mantenerse informados sino adentrarse en los conocimientos que se están abriendo paso y que son objeto de debate como el desarrollo de la medicina, la informática, la biotecnología, la ecología o la astrofísica. Vistas así las cosas, una de las grandes preocupaciones surgidas de este estudio es la necesidad de revaluar las estrategias empleadas por los museos para acercar la ciencia y la tecnología al público lego, y en esa medida, evitar que la distancia se profundice y el museo sea un continuador de esta visión dicotómica frente a la ciencia y la tecnología en la sociedad. En los museos estudiados de la ciudad de Medellín existe una fuerte apertura al público perteneciente a colegios, escuelas y universidades, no sólo de la ciudad sino también de la región; por

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ello, las prácticas de la comunicación de la ciencia y la tecnología tienen grandes posibilidades de impactar a niños y jóvenes que es la población mayoritaria en nuestro medio, por esta razón es muy importante hacer consciencia de las diferencias entre los procesos de educación formal y los procesos de educación informal. De ahí que, se hace necesario estar alertas para que los museos no se conviertan en un apéndice de la educación formal convirtiéndolos en un espacio de enseñanza y ocasionando un abandono de los modelos de apropiación social de la ciencia y la tecnología, para incurrir en modelos pedagógicos tradicionales de transmisión de información sin superar la descripción, lo que convierte al museo en un espacio de ilustración con tecnologías innovadoras, pero asumidas como espectáculos. Emergen, entonces, preguntas que nuestros museos deberán responder ¿cuáles son las interacciones más efectivas entre el museo de CyT y la escuela, para lograr la apropiación social de la ciencia y la tecnología?, ¿en qué medida los aprendizajes del museo son complemento de los aprendizajes de la escuela?, ¿cuál es el sentido que los maestros le asignan a la visita de sus estudiantes al museo, en el contexto del aprendizaje?, ¿cuál ha sido el impacto del aprendizaje de los estudiantes en cuanto a valores y actitudes para intervenir en la resolución de conflictos que pueden involucrar el conocimiento científico y tecnológico? Estas y otras preguntas podrán dilucidarse en otras investigaciones que se interesen en evaluar los impactos en términos de logros, aciertos y dificultades en los procesos de apropiación del conocimiento científico y tecnológico en públicos específicos, entre ellos, el público de escuelas y colegios que son los visitantes más frecuentes de los museos de CyT de la ciudad de Medellín.

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Evaluación

del impacto de las actividades de

promoción desarrolladas con estudiantes de enseñanza media del itm campus castilla Morela Del Socorro Moncada Gonzalez1 Maria Eugenia Bedoya Toro2 Yuli Andrea Ocampo3

Resumen En este trabajo se presenta la evaluación de las actividades de promoción desarrolladas con estudiantes de enseñanza media del ITM Campus Castilla, con el fin de evaluar el logro particular, las expectativas y las posibilidades de ingreso a la educación superior. Se realizaron actividades de alfabetización científica-tecnológica, encuestas y sensibilizaciones académicas a estudiantes del grado décimo encontrando en su interés gran afinidad con las carreras que tiene el INSTITUTO TECNOLÓGICO METROPOLITANO. Como resultado queda la propuesta de reestructuración de un programa con énfasis en ciencias básicas, mediante la incorporación permanente de actividades de promoción en los currículos. El objetivo será garantizar mayor efectividad en el ingreso de los estudiantes a la educación superior en programas de corte científico-tecnológico, al ofrecerle la posibilidad de tomar decisiones argumentadas y debidamente orientadas hacia 1

Ingeniera de Sistemas, Especialista en Gerencia Educacional, Docente ocasional de tiempo completo del INSTITUTO TECNOLÓGICO METROPOLITANO, morelamoncada@ itm.edu.co, moremonc@gmail.com. 2 Especialista en Didáctica Universitaria. Aspirante a Doctora en Ciencias de la Educación: Universidad de Pinar del Rio – Cuba; Docente de Cátedra CTS del INSTITUTO TECNOLOGICO METROPOLITANO. mebedoya2007@hotmail.com; mariabedo1@gmail.com. 3 Tecnóloga en Análisis de Costos y Presupuestos. Estudiante de Ingeniería Financiera y de Negocios en el INSTITUTO TECNOLOGICO METROPOLITANO. yuliocampo@itm.edu.co. Fecha de recepción: 31 de octubre de 2009 Fecha de aceptación: 22 de noviembre de 2009

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el mundo laboral o la academia con la fundamentación que ambos contextos demandan en el ámbito de una formación integral.

Palabras clave Ciencias básicas, armonización curricular, formación, evaluación por competencias, ciclos propedéuticos.

Abstract This paper presents an evaluation of the promotional activities carried out with high school students of ITM Campus Castilla, to assess the achievement of particular expectations and earning possibilities of higher education. Provided scientific and technological literacy, academic surveys and sensitivities tenth grade students interested in finding great affinity with the careers that has INSTITUTO TECNOLÓGICO METROPOLITANO. As a result of the restructuring proposal is a program with an emphasis on basic science, through the constant introduction of promotional activities in the curriculum. The aim is to ensure greater effectiveness in students entering higher education in cutting programs of science and technology, to offer you the ability to make decisions and properly argued oriented workplace and the academy with the reasoning in both contexts require within an integrated education.

Keywords Basic sciences, curriculum alignment, training, competency assessment, preparatory courses.

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Introducción El aprendizaje significativo de las ciencias por parte de los alumnos es una tarea con un índice de fracaso elevado y esto se toma como una afirmación que difícilmente sorprende a los investigadores y profesores de ciencias. Sin embargo, las causas de dicho fracaso todavía son objeto de un apasionado debate. Probablemente las causas sean múltiples y resulte complicado abordarlas todas a la vez, como un todo. Parte de la responsabilidad del fracaso está en los alumnos, parte en los profesores y, seguramente, otra parte esté en el contexto escolar y en la propia sociedad (Campanario & Otero, 2000). El conocimiento científico y tecnológico ocupa un lugar privilegiado en la conformación de la vida social, cultural y económica de los países. El ITM en su tarea esencial de estimular la circulación del conocimiento, forma parte de este proceso y está dispuesto a hacer frente a los desafíos que se presentan desde el contexto dinámico de la vida cotidiana. Una de las formas para tomar en cuenta dicho desafío es insistir en que los estudiantes de educación media se transformen en sujetos activos de la producción de conocimiento (Ribeiro & Neto, 2008). El aprendizaje mediante proyectos que se llevan a cabo con la guía de investigadores y la participación activa de docentes y estudiantes de últimos semestres de ingeniería, resulta en una estrategia pedagógica innovadora para alcanzar este objetivo. Quienes no acceden a una educación de calidad tienen limitadas las posibilidades de un pleno ejercicio de sus derechos y participación en la sociedad (López & Tedesco, 2002). Ya no es posible reservar la cultura científica a unos pocos afortunados. Es necesario que amplios sectores de la población accedan al conocimiento científico para prepararlos en la comprensión del mundo en que viven. Cada día se reconoce con mayor amplitud la importancia del aporte que realiza la alfabetización científica a la cultura de todos los ciudadanos (Macedo, 2002).

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La demanda de una alfabetización científica y tecnológica en la educación obligatoria hace necesaria una revisión de los modelos de enseñanza que se manejaban hasta hace pocos años, los cuales ponían el énfasis en la transmisión de los contenidos disciplinares. En este sentido, actualmente se señala que los contenidos no se justifican per se. La enseñanza a las nuevas generaciones requiere estrategias que contemplen tanto el dominio conceptual del contenido disciplinar como el uso de herramientas didácticas atentas a los procesos de aprendizaje de la población a la que están destinadas y a los objetivos de la alfabetización científica deseables para quienes serán motivados a la especialización que la educación superior proporciona (Sánchez & Boix, 2008). Así, se percibe una necesidad centrada en la reflexión in situ de las prácticas de enseñanza, a través de un trabajo colaborativo entre docentes de enseñanza media e investigadores en didáctica con alto nivel académico. Articular dicha investigación permite asumir los problemas que normalmente se encuentran en el día a día como problemas de investigación y de esta forma producir prácticas sensibles a la problemática de las poblaciones para las cuales fueron formuladas. Al mismo tiempo, el trabajo conjunto de investigadores y docentes de enseñanza media genera un espacio inusual de operación que conduce a una reflexión teórico-práctica por parte de los estudiantes, motivando al trabajo compartido y de aprendizaje mutuo para la actualización disciplinar y la investigación didáctica. Para el caso en que se realicen muestras de ciencia y tecnología enfocadas a las áreas de conocimiento correspondientes a la ingeniería, permitirán el desarrollo conceptual primario de ejercicios investigativos conducentes a la motivación por el estudio de dichas áreas en estudiantes recién graduados de la enseñanza media.

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Materiales y métodos Antecedentes Se resalta que el mismo ITM ha formulado una propuesta propedéutica que se concreta en presentar además de los logros de la investigación epistemológica y didáctica, un diseño del itinerario formativo para el tecnólogo del ITM; estructurado en núcleos de formación que se articulan desde sus intencionalidades a la creación de condiciones académicas para que los estudiantes de la media se nivelen en las competencias básicas mínimas requeridas para el ingreso de la educación superior. De igual manera, la misma propuesta fundamenta la formación en competencias básicas de las matemáticas, competencias lectoras, todas ellas necesarias para irrumpir en el estudio y la comprensión de las complejidades de cualquiera de los objetos tecnológicos de los programas de formación de dicha institución. Dicha propuesta formativa se convierte en alternativa que permite subsanar los procesos deficitarios, pedagógicos y didácticos de los niveles precedentes a la educación superior, reflejados en “la pobreza y superficialidad conceptual; limitada pertinencia social y académica del egresado como bachiller frente al nivel universitario”4. Al mismo tiempo, la misma propuesta propedéutica crea condiciones para que el estudiante fortalezca el desarrollo de un pensamiento lógico, crítico, organizado y sistémico, pensamiento que se vincula en los desafíos que ahora la teoría de la complejidad demanda como aventura humana frente a lo intelectual, la razón, la organización del conocimiento y el desarrollo de un modo complejo de pensar y de construir el saber. A pesar de la proliferación de instituciones de educación superior en Colombia (259) 5 y aunque en todas ellas se reconoce 4

Estudio realizado por el ITM, presentado en el año 2004 por la mesa de trabajo: Formación Técnica y Tecnológica: Educación Media Técnica de Calidad: Propuesta Propedéutica. 5 Carta Icfes No 26 de junio 1995, pág. 3

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que la investigación científica es una función fundamental para el cumplimiento de su misión, los informes y estudios sobre la investigación en este nivel de la educación muestran un desarrollo desigual, una escasa producción, una centralización en las grandes ciudades, ningún debate sobre su calidad y pertinencia. Todas las instituciones de educación superior en la ciudad se preocupan por el nivel de sus aspirantes6, en su mayoría tienen contratos con colegios y manejan la media técnica, incluyendo el ITM, que tiene la media técnica con colegios de los sectores de Santo Domingo Sabio, Belén y Buenos aires, a esto le sumamos los procesos de acreditación que se están dando en todos los sectores educativos para mejorar tanto el ambiente interno como el externo. Este proyecto es innovador ya que cuenta con un modulo importante a nivel de alfabetización científica tecnológica, para que desde su bachillerato el estudiante adulto cree perspectivas de investigación y pueda crear conocimiento en su educación superior, además también cabe aclarar que el ITM Campus Castilla es sede de la institución “es propio” y por eso deben encarrilarse por su continuidad en la institución y quien más que sus integrantes para motivar esta prolongación, muchas instituciones no cuentan con tal bondad. Este proyecto a futuro dará paso a la reestructuración del programa para la media con énfasis en ciencias básicas, concebido a la luz de la Ley General de Educación: Decreto 3011 de 1992; Acuerdo 01 (julio /2004), acuerdo aprobatorio de la propuesta propedéutica para la articulación de la media técnica con los programas de formación tecnológica del ITM. Decreto 1860/1994, Reglamentario de la Ley 115/94 - artículo 12, el cual reza la continuidad dentro del servicio educativo; Ley 749/2002, la cual plantea la articulación de la educación media técnica con la educación superior. El estudio realizado por el ITM, presentado en el año 2004 por la mesa de trabajo: Formación técnica y tecnológica; Ley 30/1992 que regula el servicio público de la educación superior. Misión de Ciencia Educación y Desarrollo y el Plan decenal 2006-2016. 6

El observatorio de la universidad colombiana, plan decenal 2006-2016

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Metodología En primera instancia el proyecto requirió el diseño de un instrumento tipo encuesta el cual fue aplicado a toda la población de décimo y once para indagar y conocer sus expectativas con respecto a la educación superior y con el fin de seleccionar una muestra de los estudiantes más interesados en acceder a la educación superior a través de la formación en ingeniería. Los docentes del ITM Campus Castilla, desarrollaron los contenidos básicos de la estructura del átomo, la composición de la materia y los principios básicos de óptica geométrica y física, mientras que paralelamente los investigadores del ITM formularon guías de laboratorio en los tópicos de circuitos eléctricos e instalaciones eléctricas residenciales, instrumentación electrónica, electrónica básica, óptica básica y comunicaciones ópticas. Este trabajo se desarrolló con la cooperación de los docentes del ITM Campus Castilla, los investigadores y varios auxiliares de investigación en su etapa de formulación e implementación práctica. Las actividades propuestas por los investigadores sirvieron como apoyo al desarrollo de los microcurriculos de física en el área de óptica, tecnología e informática, como se describe a continuación: Para física en el área de óptica, luego de que los docentes del Campus Castilla desarrollaron los conceptos básicos de óptica geométrica y física, los investigadores y auxiliares del ITM en conjunto con los docentes del Colegio Castilla desarrollaron montajes prácticos para los instrumentos ópticos utilizando prismas, espejos, y rejillas de difracción, luego, como aplicación de esta experiencia se construyó el montaje de un sistema de comunicación en espacio libre utilizando laser, espejos y sistemas electrónicos y por último un sistema de comunicación utilizando como medio la fibra óptica y componentes apropiados para esta tecnología. En el desarrollo de los microcurrículos de tecnología e informática, luego de que los docentes desarrollaran los conceptos de materia, carga eléctrica y magnetismo, los investigadores y auxiliares del ITM en conjunto con los docentes del Campus Castilla desarrollaron

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montajes prácticos para instalaciones eléctricas, prácticas con osciloscopios, generadores de funciones y multímetros; prácticas con led`s, suiches, pulsadores, temporizadores, sensores, motores y electrónica combinacional y secuencial y como aplicación visible de estos conceptos básicos, los estudiantes tuvieron una muestra de robótica, motores paso a paso, y una muestra técnica de un equipo para activar y desactivar cargas, finalizando con la aplicación de un software para procesamiento digital de imágenes orientado a reconocimiento de placas. Estas prácticas experimentales se desarrollaron con los estudiantes durante el semestre y al final se realizó una encuesta para medir el impacto de esta actividad frente a las expectativas de los estudiantes.

Actividades

realizadas

1. Presentación de los objetivos del proyecto a los docentes del Campus Castilla. 2. Conformación del comité académico (docentes de la media: matemáticas, física , filosofía, arte y literatura, sistemas de información) 3. Aplicación de la encuesta Nº1- Diagnóstica (interés y conocimiento de los estudiantes de la media, de los programas del ITM Campus Universitario). 4. Socialización de los diferentes programas de formación del ITM. 5. Aplicación de la encuesta Nº 2 – Evaluar el interés particular y las expectativas de los jóvenes por el ingreso a la educación superior (ITM Campus Universitario). 6. Ejecución de los laboratorios de óptica, robótica y electrónica para los estudiantes de VM jornada de la mañana. 7. Armonización de currículos (comité académico: matemáticas, física, sistemas de información). Para hallar los conceptos concordantes desde las ciencias básicas para el desarrollo del proyecto con miras a la Identificación de los contenidos comunes

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desde los currículos de las ciencias básicas del Campus Castilla que acoplan con el proyecto de investigación didáctica.

Armonización curricular El objetivo primordial de la armonización se basa en buscar sentidos educativos, para concertar los elementos constitutivos de dos o más currículos, respetando su diversidad y sus componentes afines y no afines. Para este buscar los contenidos afines dentro de los planes curriculares que direccionan el proyecto de investigación didáctica y su afinidad con los planes curriculares del Campus Castilla desde las áreas de la física, las matemáticas y los sistemas de la información y química.

Propósito general Elaborar un modelo de formación en competencias para los estudiantes de la media técnica con énfasis en ciencias básicas que permita constituir a la media del Campus Castilla como Ciclo Propedéutico a la Formación Tecnológica de los programas del ITM Campus Universitario y este a su vez, se conciba como propedéutico del ciclo profesional ingenieril. Este modelo de formación busca estructurar las competencias requeridas para el ingreso a la educación superior dando cuenta de los contenidos básicos esenciales de las matemáticas, ciencias básicas y competencias lectoras necesarias para acceder a los programas de: Sistemas de Información, Telecomunicaciones, Diseño industrial, Electrónica, Producción, y Electromecánica. Dicho modelo cuenta con los conocimientos y principios de una formación ética y ciudadana, dentro de los parámetros de la modernidad y en el conocimiento de su objeto de formación específica (Condiciones formativas desde el punto de vista intelectual, personal cultural, social y productivo7).

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“Educación media técnica de calidad, propuesta propedéutica” Publicado por el FE del ITM, ver páginas 90 y 91.

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Todo el proceso estuvo acompañado de un sistema de evaluación por competencias que permitió valorar los sentidos formativos establecido dentro de los procesos de aprendizaje orientado a que el estudiante no solo dé respuestas a las preguntas sino que desde la práctica de su saber solucione problemas y de esta manera desarrollar las estructuras mentales que se potencian, es decir, lograr la prosperidad de la inteligencia acompañada de los conocimientos.

Resultados El desarrollo de este trabajo propone: 1. Aporte a la conceptualización de formación y evaluación por competencias en ciencias básicas para la media, fundamentándola en los ciclos propedéuticos. 2. Diseño de los currículos para el énfasis en ciencias básicas de la media, que permitan la movilidad a los programas de tecnología del ITM Campus Universitario. 3. Diseño curricular para estudio y evaluación (expertos en ciencias básicas). 4. Mapa: identificación de las competencias orientadas a la formación por ciclos en ciencias básicas. En general, se tuvieron tres pilares fundamentales, a saber: 1. El estudio de la promoción del interés de los estudiantes de enseñanza media al ingreso de los programas de educación superior y la normativa que fundamenta legalmente la propuesta curricular. 2. La armonización curricular entre los micros de ciencias básicas del ITM Campus Castilla y los micros de los programas de tecnología del ITM Campus Universitario. 3. Los laboratorios en las diferentes áreas científicas como actividades de promoción de interés. De la segunda encuesta se derivó una inclinación de los estudiantes por la necesidad de intensificar en las ciencias básicas.

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Esta es la plataforma para comenzar un énfasis en ciencias básicas de modo que la media tenga un buen conocimiento en estas áreas y puedan avanzar en su formación universitaria. Así, con este hallazgo de la inclinación por las ciencias básicas, se dio una armonización entre los microcurrículos de la media y los microcurrículos de las tecnologías, identificando las competencias orientadas a la formación de dichas áreas. A continuación se muestran los datos estadísticos de la encuesta 1, en número de estudiantes y porcentajes. Es importante recordar que para el estudio fueron elegidos los grupos de décimo del ITM Castilla jornada de la mañana. En la Figura 1, de una muestra de 109 estudiantes, 100 estudiantes estarían dispuestos a ingresar a los programas de educación superior que tiene el ITM, esto es el 92 por ciento de la población de este grupo, 4 estudiantes no estarían dispuestos a entrar a los programas de educación superior que tiene el ITM, esto es negativo y muestra el desagrado de estos estudiantes por la institución y 5 estudiantes dicen no conocer la institución, esto es negativo, pero con esta respuesta no están diciendo, que no estudiarían en el ITM, la respuesta puede estar cifrada por el desconocimiento que tienen estos cinco estudiantes de las institución universitaria. En general los grupos muestran gran interés por ingresar a la institución universitaria, debido a que solo el 4 por ciento de la población contesto que no ingresarían a la institución universitaria y un 92 por ciento contestó positivamente.

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Evaluación del impacto de las actividades de promoción desarrolladas con estudiantes ...

El ITM, es una institución universitaria, estaría usted dispuesto a ingresar a los programas de educación superior que tiene. 4% 4% SI 92%

NO No lo conozco

Figura 1. Consolidado de los resultados a la primera pregunta.

De la Figura 2, 10 estudiantes muestran su interés por estudiar diseño industrial, 12 estudiantes muestran su interés por estudiar electromecánica, 11 estudiantes muestran su interés por estudiar electrónica, 2 estudiantes muestran su interés por estudiar producción, 20 estudiantes muestran su interés por estudiar sistemas, 20 estudiantes muestran su interés por estudiar telecomunicaciones, 34 estudiantes muestran su interés por estudiar otra carrera, esto es el 31% de los estudiantes del grupo décimo del Campus Castilla, los cuales se discriminan así: 2 estudiantes muestran su interés por estudiar música, 1 estudiante muestra su interés por estudiar derecho, 1 estudiante muestra su interés por estudiar diseño grafico, 2 estudiantes muestran su interés por estudiar comunicación social, 1 estudiante muestra su interés por estudiar gastronomía, 2 estudiantes muestran su interés por estudiar enfermería, 1 estudiante muestra su interés por estudiar Ingeniería industrial, 1 estudiante muestra su interés por estudiar electricidad, 1 estudiante muestra su interés por estudiar administración, 1 estudiante muestra su interés por estudiar algo relacionado con medicina, 3 estudiantes interesados en secretariado sistematizado, 1 estudiante muestra su interés por estudiar diseño grafico, 1 estudiante muestra su interés por

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estudiar servicio al cliente, 1 estudiante muestra su interés por estudiar diseño industrial, 1 estudiante muestra su interés por estudiar ingeniería civil, 1 estudiante muestra su interés por estudiar arquitectura, 1 estudiante muestra su interés por estudiar idiomas,1 estudiante muestra su interés por estudiar ingeniería de sonido, 9 estudiantes respondieron varias opciones por lo que no se tomaron en cuenta para el objetivo de esta pregunta y 2 estudiantes no respondieron. En general, la población presenta una tendencia alta por las carreras impartidas en el Instituto Tecnológico Metropolitano.

Señale el programa que le gustaría estudiar. Diseño Industrial 9% 31% 18%

Electromecánica 11% 10%

19%

2%

Electrónica Producción Sistemas Telecomunicacio nes Otro, ¿Cuál?

Figura 2. Consolidado de los resultados a la segunda pregunta.

En la Figura 3, de una muestra de 109 estudiantes,78 estudiantes piensan que el ingreso a los programas de educación superior es fácil, esto es positivo ya que muestra una alta confianza de los estudiantes frente a presentarse a un instituto de educación superior, y mejor aun podrían estar pensando que al ser miembros del instituto se les facilitarían las cosas y 31 estudiantes no piensan que el ingreso a la educación superior sea sencillo, puede ser debido


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a la inseguridad de su conocimiento o piensan que la universidad solo es de algunos pocos. En general, los grupos muestran gran confianza frente al ingreso a las instituciones universitarias, ya que solo el 28% de la población contesto negativamente por el desconocimiento o por la inseguridad de su conocimiento.

En su concepto el ingreso a las instituciones de educación, es: 28% 72%

Fácil Difícil

Figura 3. Consolidado de los resultados a la tercera pregunta.

En la Figura 4, de una muestra de 109 estudiantes, 89 estudiantes perciben positivamente que el ingreso a la universidad sea por medio de un examen de admisión, esto es positivo, piensan que está bien y que mejora su calidad académica, 19 estudiantes no perciben positivamente que el ingreso a la universidad sea por medio de un examen de admisión, puede ser debido a la inseguridad de su conocimiento o piensan que la universidad debe asegurarles la entrada a sus carreras. Un estudiante no respondió esta pregunta por lo tanto no se tomo dentro del análisis. En general los grupos muestran muy buena respuesta frente a tener que presentar una prueba para el ingreso a las instituciones universitarias.

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18% Positivamente 82% Revista Tecnológicas

Negativamente

El ingreso a la universidad se hace por examen de admisión, esto usted lo percibe: 18% Positivamente 82%

Negativamente

Figura 4. Consolidado de los resultados a la cuarta pregunta.

En la Figura 5, de una muestra de 109 estudiantes, a 106 estudiantes les gustaría conocer los programas de educación superior que tiene el ITM, esto es muy positivo porque demuestra la receptividad de los estudiantes hacia conocer sobre la sede universitaria y lo que les puede brindar a nivel de educación superior, tienen muchas expectativas frente a su institución, para salir del desconocimiento de su entorno y poder elegir y tomar decisiones en cuanto a educación se refiere, 2 estudiantes no quieren conocer los programas de educación superior que tiene el ITM, puede ser debido a que se sienten apropiados del entorno y no quieren explorarlo más en todos sus contextos. Un estudiante no respondió esta pregunta por lo tanto no se tomo dentro del análisis.

Le gustaría tener la oportunidad de conocer los programas de educación superior que tienen el ITM 2% SI 98%

NO

tener la oportunidad de FiguraLe 5. gustaría Consolidado de los resultados a la quinta pregunta. conocer los programas de educación superior que tienen el ITM 2% SI

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Por otra parte, se muestran los resultados relacionados con la encuesta número 2 en número de estudiantes y porcentajes. En la Figura 6, de una muestra de 86 estudiantes, 80 estudiantes estarían motivados para ingresar a los programas de educación superior que tiene el ITM, 5 estudiantes no están motivados para ingresar a los programas de educación superior que tiene el ITM, este resultado negativo muestra el poco agrado de estos estudiantes por la institución, y 1 estudiante no respondió este cuestionamiento, esto es negativo, pero con esta respuesta no están diciendo, que no estudiaría en el ITM, las respuestas pueden estar cifradas por el desconocimiento y la poca ubicación de estos estudiantes en un área especificad académica dentro de la institución universitaria. El ITM, es una institución universitaria, ¿se siente motivado para ingresar a los programas de educación superior que la institución ofrece? 5, 6%

1, 1% SI NO 80, 93%

No responde

Figura 6. Resultados a la primera pregunta de la segunda encuesta.

En la Figura 7, de una muestra de 86 estudiantes, a 23 estudiantes les gustaría matricularse en la carrera de sistemas, siendo ésta la más solicitada, le siguen en orden de importancia: diseño industrial con 20 estudiantes, telecomunicaciones con 15 estudiantes, electromecánica con 14 estudiantes, electrónica con 7 estudiantes, y por ultimo producción con 7 estudiantes que la colocan como primera opción. A 18 estudiantes les gustaría matricularse en una segunda opción en Diseño industrial, siendo esta la más solicitada como

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la segunda alternativa, le siguen en orden de importancia: telecomunicaciones con 17 estudiantes, electrónica con 16 estudiantes, sistemas con 14 estudiantes, electromecánica con 12 estudiantes y por ultimo producción con 9 estudiantes que la colocan como segunda opción. A 20 estudiantes les gustaría matricularse en una tercera opción en telecomunicaciones, siendo esta la más solicitada en estos grupos como la tercera alternativa, le siguen en orden de importancia: sistemas con 18 estudiantes, electrónica con 14 estudiantes, electromecánica con 13 estudiantes, producción con 11 estudiantes y por ultimo diseño industrial con 10 estudiantes que la colocan como tercera opción. En estos grupos de decimo del ITM de Castilla, se ve claramente la preferencia que tienen por la carrera Sistemas, por que en total fue seleccionada 55 veces, tomando en cuenta las tres opciones de importancia, le siguen en orden de categoría: Telecomunicaciones, Diseño Industrial, Electromecánica, Electrónica y Producción. Señale tres opciones de carreras que le gustaría estudiar, en orden de importancia.

Producción

7 9 11

Telecomunicaciones

15

Sistemas

17

23

Electrónica

7

Electromecánica

Diseño Industrial

14

16

14

12

20 0

20

1 2

14

3

13

18 20

18

10 40

60

Figura 7. Resultados a la segunda pregunta de la segunda encuesta.


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De la Figura 8, de una muestra de 86 estudiantes, 41 estudiantes tienen interés por el área de Telecomunicaciones, le siguen en orden de importancia: mecánica, robótica, electrónica, programación, matemáticas, óptica, física, electromagnetismo, y 8 estudiantes no seleccionaron ninguna de las opciones, puede ser debido a que no tenían claro de que áreas se estaba preguntando o porque en realidad ninguna de las áreas era de su interés. ¿Que áreas de las carreras científicas y/o ingeniería son de su interés Matemáticas

41, 18%

8, 3% 22, 10%

13, 6% 9, 4%

Física Electromagnetismo Electrónica

31, 13%

Programación 21, 9%

30, 13%

Robótica 25, 11%

30, 13%

Figura 8. Resultados a la tercera pregunta de la segunda encuesta.

Esta pregunta contrasta un poco con la carrera de su elección como primera opción ya que la seleccionada fue sistemas. De otra manera, en esta pregunta se debía seleccionar el área de la carrera científica de su interés, por lo tanto siendo congruentes con la pregunta anterior se debió llegar a programación y no a telecomunicaciones que fue el área que obtuvo mayor elección, esto puede ser debido a que los estudiantes no relacionaron programación con sistemas y eligieron telecomunicaciones que para ellos puede ser la más cercana a sistemas. Esto indica que a los estudiantes de la media deben recibir más adiestramiento sobre las áreas académicas y las carreras para que puedan elegir de una manera más confiable referente a su gusto natural, lo cual disminuiría potencialmente la deserción.

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En la Figura 9, de una muestra de 86 estudiantes, 43 estudiantes no tienen ninguna dificultad para el ingreso a la universidad, este resultado es positivo emocionalmente pues no ven ningún obstáculo significativo para el ingreso a la universidad, convirtiéndose así en potencial humano para los ciclos propedéuticos del ITM, 41 estudiantes perciben dificultades económicas con respecto al ingreso a la universidad, para este cuestionamiento se pueden tener en cuenta muchas de las opciones de becas con las que cuenta el ITM, entre ellas presupuesto participativo, becas, convenios, bajas tarifas según el estrato social y la jornada elegida, 8 estudiantes perciben un bajo nivel académico, 6 estudiantes perciben dificultades de orden social, puede ser por desplazamientos largos a los diferentes campus y por desplazamientos a sus barrios que algunos de estos presentan peligros a diferentes horarios en el día y 1 estudiante no tiene interés por ingresar a la educación superior. ¿Qué dificultades tiene usted para el ingreso a la educación superior?

1, 1%

6, 6%

8, 8%

41, 41%

43, 44% Ninguna Económicas No tengo interés De orden Social Bajo nivel académico

Figura 9. Resultados a la cuarta pregunta de la segunda encuesta.

En la Figura 10, de una muestra de 86 estudiantes, 34 estudiantes piensan que necesitan como apoyo para el ingreso a la universidad una nivelación preuniversitaria, esto es positivo debido a que desde ahí se puede perfilar la necesidad del estudiante por ver en sus materias algo que los nivele con las diferentes tecnologías, por lo menos en sus primeros semestres, 33 estudiantes piensan


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que necesitan como apoyo para el ingreso a la universidad una profundización en ciencias básicas, esto es aun más positivo ya que las áreas de interés para refuerzo en los ciclos propedéuticos son las ciencias básicas como matemáticas, química, física, etc. 11 estudiantes piensan que necesitan como apoyo para el ingreso a la universidad un fortalecimiento en lectura y escritura, también la lengua materna es una de las áreas que se manejan en la media técnica para reconocimiento en los diferentes ciclos propedéuticos, 6 estudiantes piensan que necesitan como apoyo otro factor diferente a los establecidos en la encuesta esto se debe a que colocaron sus intereses muy personales y demasiado específicos. En general los estudiantes muestran mucho interés por su ingreso a la universidad y requieren de apoyo en nivelaciones preuniversitarias. ¿Qué apoyo necesita para ingresar con éxito, a la carrera por usted elegida en el campus universitario del ITM?

11, 13%

6, 7%

33, 39%

34, 41%

Nivelación preuniversitaria Profundización en las ciencias básicas Fortalecimiento en lectura y escritura ¿Otro? ¿Cuál?

Figura 10. Resultados a la cuarta pregunta de la segunda encuesta.

Conclusiones Este trabajo logró la motivación de los estudiantes del Colegio ITM Castilla mediante la alfabetización científica realizada a través de laboratorios de investigación donde se presentaron resultados de investigaciones desarrolladas en el ITM Institución Universitaria.

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Se encontró que los estudiantes respondieron asertivamente a la motivación derivada de la tecnología desarrollada en el ambiente regional. La dificultad que se evidenció es la carencia de recursos económicos que tiene concebida la población de esta institución en la media técnica lo cual sicológicamente resulta en un rechazo a la posibilidad real del progreso que ofrece la educación superior. Con este trabajo se demuestra que la desinformación de los estudiantes de la media técnica respecto a la valoración del conocimiento y desarrollo tecnológico derivado de investigación es determinante respecto a la motivación académica. Por lo tanto, el impacto académico, social y productivo que ofrece la alfabetización científica es fundamental en los niveles de la media técnica orientado a la continuación de estudios en la educación superior en orden de de labrar una sociedad fundamentada en el conocimiento.

Referencias Campanario, J. M., & Otero, J. C. (2000). Más allá de las ideas previas como dificultades de aprendizaje: las pautas de pensamiento, las concepciones epistemológicas y las estrategias metacognitivas de los alumnos de ciencias. Enseñanza de las Ciencias: revista de investigación y experiencias didácticas, 18(2), 155-169. López, N., & Tedesco, J. C. (2002). Las condiciones de educabilidad de los niños y adolescentes de América Latina. Buenos Aires: IIPE UNESCO. Macedo, B. (2002). Educación científica. Santiago de Chile: OREALC/ UNESCO. Ribeiro, M. F., & Neto, A. J. (2008). La enseñanza de las ciencias y el desarrollo de destrezas de pensamiento, Enseñanza de las Ciencias: revista de investigación y experiencias didácticas, 26(2), 211-226. Sánchez, A., & Boix, J. L. (2008). Los futuros profesores de educación secundaria: inicio de su profesionalización y construcción de su identidad docente. Revista electrónica interuniversitaria de formación del profesorado, 11(2).

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Política de arbitraje para la revista Tecnológicas

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os editores de la revista Tecnológicas solicitan a la comunidad de investigadores nacionales e internacionales que estén interesados en publicar en esta revista, enviar sus artículos originales en el idioma español o inglés. Los autores deberán ajustar sus artículos a los criterios de presentación y redacción de artículos que se presentan a continuación. Sólo serán evaluados los artículos que se ajusten a estas condiciones formales de presentación. El proceso de arbitraje en la revista Tecnológicas busca asegurar una alta calidad en el contenido de los artículos publicados.

Revisión inicial El Comité Editorial realiza una primera evaluación de los artículos recibidos. En esta etapa, el Comité analiza los aspectos formales (relevancia, claridad y organización, ajuste a los objetivos de la revista), y los aspectos del lenguaje (estilo y puntuación). Con base en esta revisión inicial, el Comité puede rechazar o aceptar en primera instancia el artículo, lo cual se notificará por medio escrito al autor. Para los artículos aceptados, el Comité Editorial designa los árbitros, bien sean miembros del Comité Científico de la Revista o asesores externos o ambos. El Comité Editorial trabajará con base en el principio de libertad editorial, por lo cual es autónomo en la definición del contenido editorial de la Revista.

Tipo de arbitraje La revista Tecnológicas realiza el proceso de arbitraje de los artículos por medio de autores y revisores anónimos. Eventualmente, el Comité Editor podrá requerir de un doble arbitraje para un artículo. Los árbitros son elegidos con base en criterios de solvencia académica en el tema del artículo. Los árbitros entregan al Comité recomendación sobre la pertinencia de publicar el artículo, y da al autor recomendaciones metodológicas y estructurales en relación con el contenido. De los árbitros no se espera que realicen correcciones directamente sobre el texto, al igual que no se espera entreguen correcciones lingüísticas o de estilo.

Duración del proceso de arbitraje y publicación El proceso de arbitraje puede tomar varios meses, dependiendo de las interacciones entre el árbitro y el autor. Un artículo puede requerir varias revisiones antes de que se tome la decisión de publicación. En todo caso, la definición final de publicación será tomada por el Comité, evaluadas las recomendaciones arbitrales. La fecha de publicación de los artículos aceptados queda a criterio de los editores.


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1. Orientaciones generales para los autores Los artículos de interés para publicación en la revista Tecnológicas se ajustan a los criterios de publicación, calidad científica y tecnológica, definidos en el Índice Bibliográfico Nacional de Publindex Artículo de investigación científica y tecnológica: Documento que presenta de manera detallada los resultados originales de proyectos de investigación. La estructura generalmente utilizada contiene cuatro apartes importantes: introducción, metodología, resultados y conclusiones. Artículo de reflexión: Documento que presenta resultados de investigación desde una perspectiva analítica, interpretativa o crítica del autor, sobre un tema específico, recurriendo a fuentes originales. Artículo de revisión: Documento resultado de una investigación donde se analizan, sistematizan e integran los resultados de investigaciones publicadas o no publicadas, sobre un campo en ciencia o tecnología, con el fin de dar cuenta de los avances y las tendencias de desarrollo. Se caracteriza por presentar una cuidadosa revisión bibliográfica de por lo menos 50 referencias. Artículo corto: Documento breve que presenta resultados originales preliminares o parciales de una investigación científica o tecnológica, que por lo general requieren de una pronta difusión. Reporte de caso: Documento que presenta los resultados de un estudio sobre una situación particular con el fin de dar a conocer las experiencias técnicas y metodológicas consideradas en un caso específico. Incluye una revisión sistemática comentada de la literatura sobre casos análogos. Revisión de tema: Documento resultado de la revisión crítica de la literatura sobre un tema en particular. Cartas al editor: Posiciones críticas, analíticas o interpretativas sobre los documentos publicados en la revista, que a juicio del Consejo Editorial constituyen un aporte importante a la discusión del tema por parte de la comunidad científica de referencia.


Editorial: Documento escrito por el editor, un miembro del Consejo Editorial o un investigador invitado sobre orientaciones en el dominio temático de la revista. Traducción: Traducciones de textos clásicos o de actualidad o transcripciones de documentos históricos o de interés particular en el dominio de publicación de la revista. Documento de reflexión no derivado de investigación: Posiciones o manifestaciones sobre puntos particulares o resultados publicados por un autor. Reseña bibliográfica: Presentaciones críticas sobre la literatura de interés de reciente aparición en el dominio de publicación de la revista. El Comité Editorial de la revista Tecnológicas dará prelación a la publicación de artículos en las modalidades de investigación, reflexión y revisión.

2. Recomendaciones de estilo Es requisito que los autores presenten los artículos con los siguientes criterios de estilo: • Los trabajos deberán ser originales y no sometidos a consideración simultánea de otras publicaciones nacionales e internacionales • Los trabajos no deberán sobrepasar las 20 páginas numeradas y deben enviarse por medios electrónicos, acompañado de una copia impresa por una sola cara y a espacio interlineado 1,5; con tipo de letra Arial 12 y márgenes superior, inferior y derecha de 2,5 cm, margen izquierda de 3 cm • El encabezado de cada trabajo deberá contener el título del artículo (en mayúsculas y negrilla) en letra Arial, tamaño 14, nombre y apellidos del autor o autores (cursiva), con una nota a pie de página que exprese los títulos académicos actualizados, nombre de la institución donde trabaja, cargo que desempeña y dirección electrónica • El artículo debe acompañarse de un abstract o resumen (máximo 200 palabras) en español e inglés y un máximo de 5 palabras clave que identifiquen de manera precisa el contenido • Los epígrafes se presentarán en letra tipo Arial 11 y en forma de sangrado • El contenido del artículo debe tener las siguientes secciones: Introducción, Metodología, materiales y equipos (si aplica), Resultados y discusiones, Conclusiones


• Las citas textuales se presentarán entrecomilladas; las que ocupen cinco o más líneas se presentarán a un espacio, en forma de sangrado, con letra tamaño 10 y sin comillas • Los artículos que son resultado de proyectos de investigación deberán hacer explícita esta condición. Se sugiere que esto se comunique en la introducción o en el resumen • El Comité ha adoptado el sistema de citación APA, el cual se encuentra habilitado en el M.S Word 2007, como herramienta de referencias Para facilidad de los autores, se transcriben ejemplos de citación y bibliografía: Citación en el texto del artículo (cuerpo o pies de página) de un autor cuyo trabajo no se trascribe textualmente: La norma NTC 2849 establece un procedimiento de ensayo que implica la saturación de la muestra en un proceso de laboratorio que toma un tiempo total de 12h ± 1/4h, en el cual la baldosa se somete a una cocción inicial por el transcurso de una hora, se conserva en el agua, hasta su enfriamiento, por 11h adicionales (ICONTEC, 1997, pág. 10). Citación en el texto del artículo (cuerpo o pies de página), del cual no solo se menciona el autor, sino que se transcribe textualmente parte de su texto. Según Candioti, con este movimiento queda consolidada la epistemología como el saber que organiza y legitima el conocimiento, garantizando su validez. Tal posición de privilegio convertía a la epistemología “en la palabra definitiva; vigila la objetividad del conocimiento y certifica la ‘corrección’ de las inferencias que permiten la aplicación de la teoría al orden de la acción” (Candioti, 2006, pág. 4). Entradas en las referencias del artículo (bibliografía utilizada en el texto): Se relacionan en orden alfabético (no de aparición), con el sistema APA: Caso de norma: ICONTEC. (1997). Baldosas con superficie de grano -Terrazo- (Vol. NTC 2849). Bogotá: Icontec. Caso de libro: Montgomery, D. C., & Peck, E. (1992). Introduction to linear regression analysis. New York: John Wiley and Sons. Caso de revista: Shapiro, S. S., & Wilk, M. (1965). An analysis of variance test for normality. Biometrika, 52-53.


• El uso del gerundio tiene algunas dificultades. Hay que evitarlo si no se está seguro de las reglas que lo rigen. Igual sucede con otras palabras y expresiones, cuyo significado exacto se desconozca • Cuando se mencionan personas, escribir su nombre completo. No deje segundos nombres o apellidos con inicial: Rodrigo A. Román S, mejor: Rodrigo Antonio Román Sánchez • Todos los nombres y palabras de idioma extranjero deben escribirse como se usan en su idioma, menos en los casos en que haya una castellanización aceptada, caso escáner. Los nombres de países, instituciones y personas deber seguir la grafía oficial que los distingue • El nombre de INSTITUTO TECNOLÓGICO METROPOLITANO irá siempre en negrita con todas las letras en mayúscula • Cuando la oración termina con cierre de paréntesis, raya o comillas, el punto se colocará inmediatamente después de tales signos. Los puntos suspensivos son tres, solamente • Los signos de interrogación en español se colocan tanto en la apertura como en el cierre de la frase. Igual el signo de admiración. La palabra que sigue al signo de interrogación o al de admiración no necesariamente debe comenzar con mayúscula. Ello depende del contexto. El punto de ambos signos sirve de punto, en caso de que la frase que les siga vaya separada por un punto Aquellos trabajos que no cumplan con todos los requisitos en el primer envío, no serán aceptados. Las opiniones y afirmaciones que aparecen en los artículos son responsabilidad exclusiva de los autores.


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