IMPLEMENTACIÓN DE UN PROTOTIPO
DIDÁCTICO PARA COMPRENDER LA
APLICACIÓN DE LAS LEYES DE NEWTON EN
LA DESCRIPCIÓN DEL MOVIMIENTO
RECTILÍNEO
IMPLEMENTATION OF A DIDACTIC PROTOTYPE TO
UNDERSTAND THE APPLICATION OF NEWTON'S LAWS IN
THE DESCRIPTION OF RECTILINEAR MOTION
Marcelo Rodríguez Alberto
TecNM/Instituto Tecnológico Superior de El Mante, México
Álvaro Fernando Alvizo Cruz
TecNM/Instituto Tecnológico Superior de El Mante, México
Cesar Almazán Covarruvias
TecNM/Instituto Tecnológico Superior de El Mante, México
Alejandro Trujillo Jiménez
TecNM/Instituto Tecnológico Superior de El Mante, México
Fabiola Reyes Pérez
TecNM/Instituto Tecnológico Superior de El Mante, México
pág. 773
DOI: https://doi.org/10.37811/cl_rcm.v8i5.13437
Implementación de un Prototipo Didáctico Para Comprender la Aplicación
de las Leyes de Newton en la Descripción del Movimiento Rectilíneo
Marcelo Rodríguez Alberto1
mrodriguez@itsmante.edu.mx
https://orcid.org/0009-0004-9761-9199
TecNM/Instituto Tecnológico Superior de El
Mante
México
Álvaro Fernando Alvizo Cruz
afalvizo@itsmante.edu.mx
https://orcid.org/0009-0005-8696-5341
TecNM/Instituto Tecnológico Superior de El Mante
México
Cesar Almazán Covarruvias
calmazan@itsmante.edu.mx
https://orcid.org/0000-0003-4598-4819
TecNM/Instituto Tecnológico Superior de El
Mante
México
Alejandro Trujillo Jiménez
atrujillo@itsmante.edu.mx
https://orcid.org/0009-0008-7090-7675
TecNM/Instituto Tecnológico Superior de El Mante
México
Fabiola Reyes Pérez
freyes@itsmante.edu.mx
https://orcid.org/0009-0003-8822-4833
TecNM/Instituto Tecnológico Superior de El
Mante
México
RESUMEN
El presente trabajo de invetigación desarrollado en la materia de Mecánica Clásica, que se imparte en
la carrera de Ingeniería Química en el Instituto Tecnológico Superior de El Mante, tiene como propósito
describir el movimiento rectilíneo de un cuerpo con aceleración constante, mediante la construcción y
aplicación de un prototipo didáctico, donde los elementos utilizados son: un objeto móvil, una pista
metálica para deslizamiento del objeto móvil, opto acopladores, fuente de alimentación, temporizador
digital, aplicación móvil para medición de ángulo de inclinación, y cables de conexión. En una primera
etapa del desarrollo de la práctica se le planteó al alumno calcular, mediante las leyes de Newton, la
aceleración que experimenta un objeto móvil de un punto A a punto B y, mediante las ecuaciones del
movimiento rectilíneo uniformemente acelerado, el tiempo en recorrer dicha distancia. Posteriormente,
en una segunda etapa, el docente pone en práctica el prototipo y verifica el valor de la aceleración y el
tiempo mediante el temporizador digital, para diferentes ángulos de inclinación de la pista.Finalmente,
mediante el uso de un cuestionario aplicado a los estudiantes, se observó que la implementación del
prototipo didáctico, mejoró la apropiación del conocimiento de las leyes de newton y las ecuaciones
de movimiento rectilíneo.
Palabras clave: movimiento rectilíneo, aceleración, tiempo, leyes de Newton
1
Autor principal.
Correspondencia: mrodriguez@itsmante.edu.mx
pág. 774
Implementation of a Didactic Prototype to Understand the Application of
Newton's Laws in the Description of Rectilinear Motion
ABSTRACT
The purpose of this work developed in the subject of Classical Mechanics, which is taught in the
Chemical Engineering program Instituto Tecnológico Superior de El Mante, is to describe the rectilinear
movement of a body with constant acceleration, through the construction and application of a prototype
didactic, where the elements used are: a mobile object, a metal track for sliding the mobile object, opto
couplers, power supply, digital timer, mobile application for measuring the angle of inclination, and
connection cables. In a first stage of the development of the practice, the student was asked to calculate,
using Newton's laws, the acceleration experienced by a moving object from point A to point B and,
using the equations of uniformly accelerated rectilinear motion, the time in travel that distance.
Subsequently, in a second stage, the teacher puts the prototype into practice and verifies the value of
the acceleration and time using the digital timer, for different angles of inclination of the track. Finally,
through the use of a questionnaire applied to the students, it was observed that the implementation of
the didactic prototype improved the appropriation of knowledge of Newton's laws and the equations of
rectilinear motion.
Keywords: rectilinear motion, acceleration, time, Newton's laws
Artículo recibido 7 agosto 2024
Aceptado para publicación:12 de septiembre 2024
pág. 775
INTRODUCCIÓN
La educación es necesaria en todos los sentidos. Para alcanzar mejores niveles de bienestar social y de
crecimiento económico; para ampliar las oportunidades de los jóvenes; para el impulso de la ciencia, la
tecnología y la innovación. Las sociedades que más han avanzado en lo económico y en lo social son
las que han logrado cimentar su progreso en el conocimiento, tanto el que se transmite con la
escolarización, como el que se genera a través de la investigación. De la educación, la ciencia y la
innovación tecnológica dependen, cada vez más, la productividad y la competitividad económicas, así
como buena parte del desarrollo social y cultural de las naciones. (Plan Educativo Nacional UNAM,
n.d.).
La experiencia mundial muestra la existencia de una estrecha correlación entre el nivel de desarrollo de
los países, en su sentido amplio, con la fortaleza de sus sistemas educativos y de investigación científica
y tecnológica. Según estudios de la Organización para la Cooperación y el Desarrollo Económicos
(OCDE), un año adicional de escolaridad incrementa el PIB per cápita de un país entre 4 y 7%. (OCDE,
2009 citado por Plan Educativo Nacional UNAM, n.d.)
Es imprescindible que siendo tan relevante el papel que tiene la educación en el desarrollo social y
económico de cualquier nación, los docentes tienen que implementar estrategias didácticas,
tecnológicas e innovadoras para lograr un conocimiento significativo de los estudiantes al momento de
llevar los contenidos curriculares de las materias en los diferentes niveles educativos.
Las nuevas generaciones de estudiantes se han desarrollado en sociedades audiovisuales digitales
haciendo imprescindible el uso de herramientas creativas en los procesos de enseñanza y aprendizaje.
El estudiante aprende de otra manera y es por eso que los ambientes de formación deben facilitar la
investigación, el estudio y el aprendizaje por medios digitales y prácticos que incorporan una
comunicación audiovisual inmersa en un aprendizaje planificado, controlado y evaluado. Por tal motivo
el docente debe estar preparado para desarrollar e implementar prototipos ya sea digitales o físicos para
que el alumno tenga la posibilidad de aplicarlos y alcanzar sus competencias académicas en los tres
principales receptores sensoriales: visual, auditivo y kinestésico. (Atehortúa Rico & Rojas García,
2020).
A la hora de enseñar ciencias se cuenta con elementos importantes como la creatividad, motivación,
pág. 776
curiosidad y la experiencia cotidiana de los estudiantes, los cuales pueden ser explorados fácilmente,
de una manera lúdica y didáctica, con el desarrollo de prototipos didácticos. Otro elemento a favor de
los docentes, es que la ciencia y la tecnología dan campo a la experimentación y al trabajo en el
laboratorio; permitiendo de esta manera pasar de la vieja retórica en clase a una metodología de aprender
haciendo. (Duarte et al., 2007).
Esta nueva manera del proceso de enseñanza aprendizaje que actualmente tenemos basada en
competencias señala al estudiante como gestor directo de su proceso de aprendizaje, potenciando una
actitud reflexiva de lo que aprende y la capacidad que manifiesta para aplicar ese conocimiento, por lo
que los métodos de estudio de casos y el aprendizaje basado en problemas se consideran como los más
propicios (Argandoña Gómez et al., 2018). Ademas, en la enseñanza los estudios de caso se han usado
como recurso para enseñar a los nuevos maestros como evolucionan los estudiantes cuando se aplica
un sistema de enseñanza o una técnica de estudio específica (Walker, 2002).
En la educación superior según (Rojas, 2012) se promueven las competencias, principalmente aprender
a emprender, a través de la elaboración de prototipos, con la finalidad de proponerlos como parte del
aprendizaje significativo en la formación integral de los alumnos.
Como se menciona el Modelo Educativo del Siglo XXI del Tecnológico Nacional de México (TecNm,
2012) en su Dimensión Académica en el apartado de estrategias didácticas “Se propicie el uso de
diversos métodos, técnicas, medios y materiales, preferentemente dirigidos a solucionar problemas y
dilemas, simular procesos, desarrollar proyectos, prácticas y experimentos, así como realizar estudios
de casos relativos al campo del conocimiento en que incursione el estudiante.”
La implementación de prácticas pedagógicas que permiten la interacción del estudiante con los
fenómenos físicos, a través de prototipos didácticos, desarrolla su creatividad, curiosidad y motivación
hacia los conceptos científicos involucrados y sus respectivas aplicaciones. Además, induce al
estudiante a practicar el método científico, y permite definir variables, manipularlas, medirlas, tabular
sus valores, graficarlas e interpretarlas. Igualmente, es innegable que desarrollar una clase de ciencia y
tecnología con la utilización de didácticas innovadoras, facilita el proceso de enseñanza-aprendizaje, ya
que mantiene expectante al estudiante durante la realización del experimento. (Duarte et al., 2007).
En el Instituto Tecnológico Superior de El Mante se brinda el servicio educativo a través de sus cinco
pág. 777
Ingenierías como son: Ingeniería Industrial, Ingeniería en Sistemas Computacionales, Ingeniería en
Gestión Empresarial, Ingeniería en Innovación Agrícola Sustentables e Ingeniería Química. Por tal
motivo es prioridad desarrollar estrategias para potenciar la apropiación del conocimientos y aumentar
el nivel de compresión de los estudiantes mediante retos que propicien el pensamiento crítico, el
aprendizaje autónomo y el trabajo colaborativo.
Este trabajo de investigación denominado “Implementación de un prototipo didáctico para comprender
la aplicación de las leyes de newton en la descripción del movimiento rectilíneo” se desarrolló como
una propuesta para disminuir el bajo rendimiento (Calificaciones menores a 70, en un escala del 0 al
100) de los estudiantes en las materias de física en las diferentes ingenierías del Instituto Tecnológico
Superior de El Mante (ITSM), ya que acuerdo a las estadísticas del semestre febrero-julio 2023 y agosto
2023-enero 2024 el promedio de reprobación en las materias de física, física general, taller de elementos
de mecánica de sólidos y mecánica clásica, fue de un 40.92%, de acuerdo a los datos proporcionados
por el departamento de servicios escolares. Lo que representa un alto índice de reprobación, lo que hace
pertinente implementar estrategias que puedan resarcir la tendencia de reprobación en dichas materias.
Por esta razón se ha optado por implementar en el presente trabajo un prototipo didáctico para facilitar
a los estudiantes de segundo semestre de la carrera de Ingeniería Química del ITSM la comprensión de
la aplicación de las leyes de Newton en la descripción del movimiento rectilíneo con aceleración
constante.
METODOLOGÍA
Considerando que el propósito de este trabajo de investigación es examinar la forma en que los
individuos perciben y experimentan los fenómenos que los rodean, profundizando en sus puntos de
vista, interpretaciones y significados, se considera del tipo cualitativo (Hernández Sampieri et al., 2014).
Al adoptar un enfoque cualitativo, se busca explorar las experiencias, percepciones y opiniones tanto
de los estudiantes como de los docentes en relación con el uso de estas herramientas (Walter et al.,
2024). Particularmente se utilizará el método científico de estudio de caso para llevar a cabo esta
investigación. De acuerdo a (Jiménez Chaves, 2022.) las etapas son:
1. Seleccionar un caso. El objeto de investigación en el presente trabajo es implementar un prototipo
didáctico para facilitar a los estudiantes de segundo semestre de la carrera de Ingeniería Química
pág. 778
del Instituto Tecnológico Superior de El Mante (ITSM) la comprensión de la aplicación de las
leyes de Newton en la descripción del movimiento rectilíneo con aceleración constante. Esto
debido a que en las materias de física que se imparten en el ITSM se ha detectado un alto índice
de reprobación. Desde esta perspectiva surge la pregunta de investigación ¿Es posible facilitar el
aprendizaje a los estudiantes sobre la aplicación de las leyes de Newton para describir el
movimiento de un cuerpo, cuyo tema se imparte en la asignatura de mecánica clásica, mediante
la implementación de un prototipo didáctico?.
Para responder a esta pregunta se realizan los siguientes pasos:
a) El docente colocará un móvil en la parte más alta de la rampa y el alumno medirá su ángulo de
inclinación y la distancia que hay desde un punto A (parte más alta) hasta un punto B (parte más
baja).
b) Después, el alumno aplicará la segunda ley de Newton para calcular la aceleración del móvil (sin
fricción y con fricción) y las ecuaciones del movimiento rectilíneo uniformemente acelerado para
calcular el tiempo que tardará el móvil en recorrer la distancia del punto A al punto B.
c) Posteriormente, el docente con la ayuda de los alumnos colocará un sensor óptico en la parte más
alta de la rampa y otro en la parte más baja. Dichos sensores están conectados a un timer con la
finalidad de medir el tiempo que tardará el móvil en recorrer la distancia d.
d) Más adelante, el alumno soltará el móvil desde la parte más alta de la rampa y revisará el tiempo
que tardó en recorrer la distancia.
e) Finalmente, el alumno contrastará el tiempo medido en el timer y el tiempo calculado mediante
las ecuaciones de Newton y movimiento rectilíneo con aceleración constante y documentará las
conclusiones de la práctica. Cabe mencionar que los cálculos se realizan en equipos de tres
personas.
2. Recopilar y analizar datos. Para la recolección de datos utilizaremos la recomendación de
Sampieri con base en el tipo de estudio, donde menciona que el tamaño mínimo de muestra
sugerido para el estudio de casos es de seis a diez. Además Cresswel (2013) citado por Sampieiri
señala que en las investigaciones cualitativas los intervalos de las muestras varían de uno a 50
casos. Cabe mencionar que en esta etapa del proyecto se considera una muestra de 12 estudiantes
pág. 779
distribuidos en cuatro equipos, donde la técnica de recolección de datos es la observación directa,
ya que el docente debe estar involucrado en todo momento en el desarrollo de la práctica para
observar el comportamiento de los estudiantes al realizar la práctica y los cuestionarios
estructurados, aplicados al final de la misma, mediante formularios de Google, para conocer la
percepción del estudiante sobre la estrategia implementada para comprender la aplicación de las
leyes de Newton en la descripción del movimiento. Estas técnicas permitirán obtener información
que puede categorizarse para posteriormente codificarse (describir las relaciones e
interconexiones entre categorías y temas).
3. Interpretar datos. En este apartado se describen e interpretan las relaciones o interconexiones que
existen entre usar un prototipo didáctico para representar el movimiento de un cuerpo y la
comprensión de los estudiantes para aplicar las leyes de Newton para describir y predecir su
comportamiento, mediante diagramas, mapas conceptuales o matrices que muestran la
vinculación entre categorías o la relación existente.
4. Reportar los hallazgos. En esta fase se pretende realizar una narración donde se presenten a
detalle los resultados y las reflexiones críticas y hallazgos más importantes sobre el problema
estudiado de forma explícita (Montaner, 2018).
RESULTADOS Y DISCUSIÓN
Despues de realizar la práctica aplicación de las leyes de Newton en la descripción del movimiento
rectilineo, los resultados arrojaron que el 50 % de los estudiantes se les facilitó totalmente la asimilación
de los conceptos clave como son: fuerza, masa, aceleración, fuerza de fricción, fuerza normal y
coeficientes de fricción. Ademas, el otro 50 % estuvieron de acuerdo (figura 1 y 2). Por otra parte,
alrederor del 91% se les facilitó la aplicación de la segunda ley de Newton en la descripción del
movimiento rectilineo con aceleración constante (figura 3). Tambien, alrededor del 92 %
comprendieron la relacion entre aceleración, distancia y tiempo al describir el movimiento rectilíneo
con aceleración constante (figura 4). Cabe destacar que alrededor de un 83 % de los estudiantes
recomendarian el desarrollo de la práctica para facilitar la comprensión de los temas propuestos.
Dentro del cuestionario estructurado aplicado a los estudiantes, se les pregunto acerca de su opinión
personal del desarrollo de la práctica, donde se destacan algunas respuestas como “se aprende mejor
pág. 780
haciendo prácticas, es mas fácil y sencillo”, “la práctica me ayudo a comprender las leyes de Newton”,
“las clases teóricas y prácticas me han permitido comprender cómo estas leyes gobiernan el movimiento
de los objetos y cómo se aplican en situaciones reales. Ahora puedo predecir el movimiento de los
objetos con mayor precisión, lo que me brinda herramientas a futuros desafíos”, “aunque ya tenía cierta
comprensión del tema, esta práctica me ayudó a asimilarlo más y no solo verlo como un tema de la
escuela, sino como un conocimiento aplicable para la vida; además se me hizo divertido”, “se me hizo
excelente poner en práctica todo el conocimiento previamente adquirido y saber como podríamos
utilizarlo en la vida real”, “para mi fue más fácil apreciar cómo funcionan las leyes de Newton, ya que
el realizar la práctica es más dinámico e interesante”.
Figura 1. Asimilación de conceptos de fuerza, masa y aceleración
Fuente: Elaboración propia
¿Consideras que la práctica “aplicación de leyes de Newton en el movimiento rectilíneo” te facilitó la
asimilación de los conceptos de fuerza, masa y aceleración?
Figura 2. Asimilación de conceptos de fuerza de fricción, normal y coeficientes de fricción
Fuente: Elaboración propia
¿Consideras que la práctica “aplicación de leyes de Newton en el movimiento rectilíneo” te facilitó la
asimilación de los conceptos de fuerza de fricción, fuerza normal y coeficiente de fricción?
pág. 781
Figura 3. Comprensión de la segunda ley de Newton
Fuente: Elaboración propia
¿Consideras que la práctica “aplicación de leyes de Newton en el movimiento rectilíneo” te facilitó la
compensión de la segunda ley de newton para describir el movimiento rectilíneo con aceleración
constante?
Figura 4. Comprensión de la relación entre conceptos de aceleración, distancia y tiempo
Fuente: Elaboración propia
¿Consideras que la práctica “aplicación de leyes de Newton en el movimiento rectilíneo” te facilito
conocer la relación entre aceleración, distancia y tiempo al describir el movimiento rectilíneo con
aceleración constante?
Figura 5. Recomendación de la práctica
Fuente: Elaboración propia
¿Recomendarías la práctica “aplicación de leyes de Newton en el movimiento rectilíneo” para que se
implemente en otras instituciones de educación superior?
Por último, de acuerdo a las observaciones realizadas por el docente durante el desarrollo de la práctica,
pág. 782
los estudiantes mostraron una actitud positiva en el desarrollo de la misma. Además, la mayoría
participó en el desarrollo de esta actividad, ya sea midiendo la distancia que iba a recorrer el movil,
midiendo el ángulo de inlcinación de la pista, ubicando los sensores ópticos en los puntos A y B,
realizando calculos matemáticos para determinar la aceleración del movil o el tiempo de llegada o
contrastando el tiempo de llegada teórico y el real medido en el timer. Cabe destacar que los estudiantes
estuvieron muy motivados, entusiasmados, colaborando entre ellos para realizar la práctica de manera
adecuada e interactuando con el docente en el desarrollo de la misma, en la aplicación de las leyes de
Newton (manejo de ecuaciones) y en el contraste de resultados teóricos y prácticos.
Figura 6. Desarrollo de la práctica
Fuente: Elaboración propia
CONCLUSIONES
Con base en los resultados obtenidos, se puede concluir que la práctica aplicación de las leyes de
Newton en la descripción del movimiento rectilineo ha sido significativamente efectiva para la
asimilación de conceptos clave entre los estudiantes de la materia de Mecánica Clásica del ITSM. La
mitad de los participantes encontró totalmente accesibles los conceptos fundamentales como fuerza,
masa, aceleración y fricción, mientras que el resto también tuvo una aceptación positiva hacia estos
conceptos. Además, alrededor de un 90 % de los estudiantes mostró una buena comprensión y
aplicación de la segunda ley de Newton y la relación entre aceleración, distancia y tiempo en la
descripción del movimiento rectilíneo con aceleración constante.
La alta tasa de recomendación, con un 83% de los estudiantes sugiriendo la continuidad de la práctica,
indica un reconocimiento generalizado del valor educativo y práctico de la actividad. Los testimonios
recabados reflejan que los estudiantes valoran positivamente el enfoque práctico, destacando que les
pág. 783
ayudó a entender mejor las leyes de Newton y a aplicarlas en situaciones reales. La práctica no solo
facilitó la comprensión teórica sino que también permitió una apreciación más profunda de su
aplicabilidad en la vida cotidiana y en situaciones reales.
En resumen, la implementación de prácticas basadas en el uso de prototipos didacticos ha demostrado
ser una herramienta efectiva para mejorar la comprensión y aplicación de principios fundamentales de
la leyes de Newton en la descripción del movimiento, proporcionando a los estudiantes una experiencia
de aprendizaje encaminada a enfrentar retos de manera proactiva y sobre todo desarrollando
competencias que en un futuro seran las herramientas necesarias para ser profesionistas competitivos.
REFERENCIAS BIBLIOGRÁFICAS
Argandoña Gómez, F. A., Persico Jiménez, M. C., Visic Matulic, A. M., & Bouffanais Cuevas, J. I.
(2018). Estudio de Casos: Una metodología de enseñanza en la educación superior para la
adquisición de competencias integradoras y emprendedoras. Scielo, 12(3), 7-16.
Atehortúa Rico, G. A., & Rojas Garcia, Á. A. (1 de abril de 2020). Diseño e implementación de un
prototipo didáctico de aprendizaje activo intranets: estrategia para mitigar la brecha digital en
los centros de formación del nororiente amazónico (en adelante PDAA). Vía Innova.
Cronin, C. (06 de Mayo de 2014). Using case study research as a rigorous form of inquiry. Nurse
Researcher, 21(5), 19-27.
Duarte, J. E., Gutiérrez, G. J., & Fernández Morales, F. H. (2 de mayo de 2007). Desarrollo de un
prototipo didáctico como alternativa pedagógica para la enseñanza del concepto de inducción
electromagnética. Tecné, Episteme y Didaxis: TED(21), 77-83.
Hernández Sampieri, R., Fernández Collado, C., & Baptista Lucio, P. (2014). Metodología de la
investigación (Sexta ed.). (P. Baptista Lucio, Ed.) McGraw-Hill Education.
Jiménez Chaves, V. E. (diciembre de 2022). El estudio de casos y sus etapas en las investigaciones.
Revista sobre estudios e investigaciones del saber académico, 1-7.
Montaner, S. (1 de February de 2018). Estudio de Caso en Educación. Recuperado el 21 de June de
2024, de Campuseducacion.com:
https://www.campuseducacion.com/blog/revista-digital-docente/estudio-caso-educacion/
pág. 784
Plan Educativo Nacional UNAM. (s.f.). Plan Educativo Nacional. Recuperado el 21 de June de 2024,
de Plan Educativo Nacional:
https://www.planeducativonacional.unam.mx/CAP_00/Text/00_05a.html
Rojas, B., & Moreno, A. (septiembre de 2012). Elaboración de un prototipo didáctico en jóvenes de
bachillerato para el desarrollo de competencias. Innovación educativa, 12(60), 63-75.
Tecnológico Nacional de México. (2012). Modelo Educativo para el siglo XXI TecNM (1 ed.). TecNM.
Walker, R. (2002). Case study, case records and multimedia. Cambridge Journal of Education, 32(1),
109-127.
Walter Alvaro Reinoso Molina, M. J. (2024). Herramientas gamificadoras para motivar el proceso de
enseñanza aprendizaje en la asignatura de lengua y literatura con los estudiantes del septimo
año del EGB. Ciencia Latina, 584-604.
