IMPLEMENTACIÓN DE
MICROCONTROLADOR ARDUINO EN
PRÁCTICAS DE ELECTRÓNICA DIGITAL
COMO ESTRATEGIA DE APRENDIZAJE
IMPLEMENTATION OF ARDUINO MICROCONTROLLER IN
DIGITAL ELECTRONICS PRACTICES AS A LEARNING
STRATEGY
Juan Gabriel Hernández Vásquez
Tecnológico Nacional de México-TES Valle de Bravo
Sebastián Díaz Casas
Tecnológico Nacional de México-TES Valle de Bravo
Gustavo Hernández Olvera
Tecnológico Nacional de México-TES Valle de Bravo
Luis Alberto León Bañuelos
Tecnológico Nacional de México-TES Valle de Bravo
pág. 13488
DOI: https://doi.org/10.37811/cl_rcm.v8i5.13757
Implementación de microcontrolador Arduino en prácticas de Electrónica
Digital como estrategia de aprendizaje
Juan Gabriel Hernández Vásquez 1
juan.hv@vbravo.tecnm.mx
https://orcid.org/0000-0003-1335-840X
Tecnológico Nacional de México-TES Valle de
Bravo
División de Ingeniería Eléctrica
Sebastián Díaz Casas
202010004@vbravo.tecnm.mx
https://orcid.org/0009-0004-5515-2607
Tecnológico Nacional de México-TES Valle de
Bravo
División de Ingeniería Eléctrica
Gustavo Hernández Olvera
202010006@vbravo.tecnm.mx
https://orcid.org/0009-0007-8103-3777
Tecnológico Nacional de México-TES Valle de
Bravo
División de Ingeniería Eléctrica
Luis Alberto León Bañuelos
luis.lb@vbravo.tecnm.mx
https://orcid.org/0000-0003-0332-6228
Tecnológico Nacional de México-TES Valle de
Bravo
División de Ingeniería en Sistemas
Computacionales
RESUMEN
Las dificultades que enfrentan los estudiantes en la comprensión y aplicación de conceptos de
electrónica digital afectan su aprendizaje, lo que lleva a altos índices de reprobación en universidades
mexicanas. Se identifican en diversos estudios que los problemas técnicos durante el desarrollo de las
prácticas con compuertas lógicas contribuyen a esta situación. Para ello se propone el uso de
microcontroladores de Arduino como una alternativa de mejora en la enseñanza y en el fortalecimiento
del aprovechamiento académico. La metodología incluye fases de análisis del problema, rediseño de
prácticas, implementación y evaluación del impacto del uso de Arduino. Se concluye que el uso del
microcontrolador facilita la comprensión de los conceptos, reduce errores y mejora la percepción de los
estudiantes sobre la electrónica digital.
Palabras clave: programación, retroalimentación, índice de reprobación, diagramas de conexión
1 Autor Principal
Correspondencia: juan.hv@vbravo.tecnm.mx
pág. 13489
Implementation of Arduino Microcontroller in Digital Electronics Practices
as a Learning Strategy
ABSTRACT
The difficulties that students face in understanding and applying digital electronics concepts affect their
knowledge, leading to high failure rates in Mexican universities. Various studies identify that technical
problems during the development of practices with logic gates contribute to this situation. To address
this, the use of Arduino microcontrollers is proposed as an alternative to improve teaching and
strengthen academic performance. The methodology includes phases of problem analysis, practice
redesign, implementation, and evaluation of the impact of using Arduino. It is concluded that the use of
the microcontroller facilitates the understanding of concepts, reduces errors, and improves students'
perception of digital electronics.
Keywords: programming, feedback, failure rate, wiring diagrams
Artículo recibido 28 julio 2024
Aceptado para publicación: 30 agosto 2024
pág. 13490
INTRODUCCIÓN
En el ámbito de la educación superior especializada, la electrónica digital representa una base
fundamental de los estudiantes de áreas afines a esta disciplina (Jiménez, 2018). Sin embargo, la
complejidad de estos temas a menudo conlleva a que los estudiantes enfrenten numerosas dificultades,
resultando en altos índices de reprobación. Este problema no es exclusivo de una institución, sino que
se observa a nivel nacional en México (Medina, García, Ramirez, & Perez, 2018) .
Los estudiantes suelen enfrentarse a desafíos significativos en la comprensión y aplicación de los
conceptos de electrónica digital (Garcia, Ramirez, & Perez, 2020). Entre los aspectos que contribuyen
a esta problemática, se encuentran la abstracción de los conceptos teóricos (Potestad, 2022), su
aplicación en el desarrollo de prácticas, y la complejidad en el armado de los circuitos digitales (Pérez
I. , 2023).
A nivel nacional, en universidades mexicanas, los porcentajes de reprobación puede llegar hasta el 50%
en programas de ingeniería eléctrica (Garcia, Ramirez, & Perez, 2020). Estos elevados índices de
reprobación no solo reflejan una comprensión insuficiente de los conceptos, sino también una posible
desconexión entre los métodos de enseñanza-aprendizaje de los estudiantes (Cochrane, Smith, & Brown,
2022).
Uno de los problemas recurrentes en las prácticas de electrónica digital, es el uso de compuertas lógicas
en circuitos físicos. Estos componentes fundamentales, presentan varios desafíos prácticos como: las
conexiones inestables y los falsos contactos, provocando daños en los componentes (Hernández &
López, 2019). Además, estos problemas técnicos no solo dificultan el aprendizaje, sino que también
representan un costo económico significativo; es decir, se puede llegar a estimar que el gasto en el
reemplazo de componentes electrónicos debido a daños en prácticas puede incrementarse en un 30%
(Gómez & Martínez, 2022).
Una alternativa viable y prometedora para abordar estos desafíos es el uso de módulos de Arduino en
las prácticas de electrónica digital (Jaimes, 2023). Arduino es una plataforma de hardware libre que
permite la creación de prototipos electrónicos de manera sencilla y accesible (Kushner, 2018). Entre sus
ventajas, se encuentra su amplio soporte comunitario, la abundancia de recursos educativos disponibles
y su facilidad de uso (Pérez R. , 2021).
pág. 13491
El uso de Arduino facilita el desarrollo de prototipos basados en electrónica digital al proporcionar una
interfaz más intuitiva y modular (Ortiz & Pérez, 2021), permitiendo a los estudiantes enfocarse en la
lógica de los circuitos en lugar de los problemas de hardware (Tupac, Vidal, Sánchez, & Pereira, 2021).
Además, la amplia gama de sensores y módulos de expansión disponibles hace que los proyectos sean
escalables y adaptables a diferentes niveles de complejidad (Munera, Jimenez, Botero, Rivas, & Lopez,
2020), beneficiándose también del respaldo de una comunidad global con abundantes recursos
educativos (Bastías, Lineros, & Muñoz, 2022).
El presente artículo se llevó a cabo con el objetivo de evaluar el impacto del uso de módulos de Arduino
en la enseñanza de electrónica digital, comparándolo con los métodos tradicionales que emplean
compuertas lógicas en prácticas físicas; proporcionando una alternativa viable para mejorar la
comprensión de los conceptos de electrónica digital, disminuir los costos y fortalecer el
aprovechamiento académico (Vidal, Lineros, Uribe, & Olmos, 2019). Al adoptar esta tecnología, las
instituciones educativas pueden fortalecer con prácticas los temas relacionados con electrónica digital.
METODOLOGÍA
Se diseñó una metodología estructurada en varias fases (Ilustración 1), cada una con objetivos
específicos y procedimientos detallados (Hall & Robinson, 2019). La metodología propuesta está
sustentada en estudios previos que han utilizado encuestas y métodos comparativos (Quevedo,
Rodríguez, Moran, Niño, & Fernández, 2024) para evaluar el impacto de nuevas tecnologías en la
educación (Suastegui, 2022). Además, el enfoque de rediseñar prácticas utilizando herramientas
programables como Arduino (Solís, 2018), se basan en investigaciones que demuestran su eficacia en
mejorar la comprensión y el aprendizaje en áreas técnicas (Lee & Brown, 2021).
pág. 13492
Ilustración 1. Diagrama de flujo de la metodología
Fuente: Elaboración propia
Fase 1: Análisis del Problema.
Población objetivo: En la medición de la percepción y los conocimientos adquiridos por estudiantes
del TESVB (Tecnológico de Estudios Superiores de Valle de Bravo) de las carreras de ingeniería
eléctrica e ingeniería en mecatrónica con conocimientos previos de electrónica digital, se les aplicó una
encuesta diagnóstica que permitió la identificación de los factores que contribuyen a los altos índices de
reprobación.
Diseño de la Encuesta: Se elaboró una encuesta con preguntas en escala Likert para evaluar los diversos
aspectos, tales como: Comprensión de conceptos teóricos de electrónica digital, dificultades encontradas
durante el desarrollo de las prácticas de laboratorio, la eficacia de la aplicación de las compuertas lógicas
en las prácticas y factores que se consideran que influyen en los altos índices de reprobación.
Aplicación de la Encuesta: La encuesta se aplicó de manera digital conforme a una muestra de la
población objetivo, asegurando la confidencialidad de las respuestas. La encuesta fue elaborada en la
plataforma de Google Forms (Ilustración 2).
pág. 13493
Ilustración 2. Sección de la encuesta diagnostica aplicada
Fuente: Elaboración propia.
Fase 2: Diseño de Prácticas
Desarrollo de prácticas propuestas: Considerando los conocimientos en sistemas numéricos, códigos
en el ámbito digital, la aplicación con compuertas lógicas y su implementación en circuitos
combinacionales se plantearon como prácticas: el desarrollo de un convertidor de digital a analógico,
analógico a digital, arranque secuencial de máquinas eléctricas y un semáforo programable con luces
secuenciales. En la tabla 1 se muestran las secciones que conforman a cada una de las prácticas.
Tabla 1. Elaboración del manual de prácticas
Elementos de la Práctica. Descripción.
Objetivos de la Práctica. Se definen los objetivos específicos de cada
práctica seleccionada. Estos objetivos describen
lo que se espera que los estudiantes aprendan y
logren al completar la práctica.
Fuente Elaboración propia.
Tabla 1. Continuación
Materiales y Componentes Necesarios. Se describen todos los materiales y
componentes que se necesitan para llevar a cabo
cada práctica. Esto incluye los módulos de
Arduino, cables, resistencias, y cualquier otro
componente necesario.
pág. 13494
Diagramas de Conexión. Se elaboraron diagramas detallados de conexión
que muestran cómo conectar los componentes al
módulo de Arduino.
Código de Programación para Arduino. Se desarrollo el código de programación
necesario para que el Arduino realice las
funciones requeridas por la práctica. El código
se explica en detalle para que los estudiantes
puedan comprenderlo y modificarlo si es
necesario.
Procedimientos y Actividades para Realizar. Se describe paso a paso el procedimiento que los
estudiantes deben seguir para completar la
práctica. Esto incluye actividades específicas,
mediciones y cualquier otra tarea que deban
realizar.
Fase 3: Aplicación de Prácticas
Durante la aplicación con los estudiantes, se llevó a cabo lo siguiente:
Selección de estudiantes: Se seleccionaron estudiantes de la carrera de ingeniería eléctrica que cursaron
recientemente la materia de electrónica digital.
Distribución del manual y materiales: Se proporciono una copia controlada a los estudiantes del
manual de prácticas junto con los materiales necesarios para armar las practicas.
Ejecución de Prácticas: Los estudiantes desarrollaron las prácticas diseñadas utilizando los módulos
de Arduino con base al manual proporcionado. Se superviso el desarrollo de las prácticas, ofreciendo
apoyo técnico y aclarando dudas cuando fue necesario.
La primera práctica realizada por los estudiantes se centró en el desarrollo de un DAC (Convertidor
Digital a Analógico) utilizando un Arduino. En la ilustración 3 se muestra el diagrama de conexión.
En esta práctica, se abordaron los conceptos teóricos fundamentales sobre el DAC, entendiendo su
importancia en la conversión de señales digitales a analógicas y su amplio uso en sistemas de control.
pág. 13495
Durante la práctica, los estudiantes llevaron a cabo su desarrollo utilizando los materiales y componentes
necesarios que se les proporcionaron, junto con la práctica didáctica que contiene los diagramas de
conexión detallados y el código de programación para el funcionamiento del Arduino.
Ilustración 3. Diagrama de conexión de DAC
V
C
C
G
N
D
S
C
L
S
D
A
U
N
O
P
O
W
E
R
D
IG
IT
A
L
(
P
W
M
~
)
3411 A
117-5G
RA018
d0
47
25V
d0
47
25V
MEGA 802
1013 TH
9F4287-1
2
7
0
358
EF923
L P F L
D
0
5
1
0
2
1
A
T
M
E
G
A
3
2
8
P
-
P
U
1 2 3 4 5 6 7 8
ON
+
-
12V
Fuente: Elaboración propia.
En la segunda práctica, los estudiantes se enfocaron en la implementación de un ADC (Convertidor
Analógico a Digital) utilizando un Arduino. En la ilustración 4 se muestra el diagrama de conexión.
En esta práctica, se exploraron los principios teóricos esenciales sobre el ADC, destacando su relevancia
en la conversión de señales analógicas a digitales y su uso en sistemas de monitoreo y control. Durante
esta actividad, los estudiantes armaron el circuito necesario para que el ADC funcionara correctamente,
utilizando los materiales y componentes que se les proporcionaron, junto con la practica didáctica que
guiaba el proceso donde se incluyeron los diagramas de conexión precisos y el código necesario para
que el Arduino pudiera llevar a cabo las funciones de conversión requeridas.
pág. 13496
Ilustración 4. Diagrama de conexión del DAC
VCC GND SCL SDA
VCC GNDOUT
W 103
U
N
O
P
O
W
E
R
D
IG
IT
A
L
(P
W
M
~
)
3411 A
117-5G
RA018
d0
47
25V
d0
47
25V
MEGA 802
1013 TH
9F4287-1
270
358
EF923
L P F L
D
0
5
1
0
2
1
A
T
M
E
G
A
3
2
8
P
-P
U
+
-
5V
Fuente: Elaboración propia.
En la tercera práctica, los estudiantes se centraron en el arranque de máquinas eléctricas utilizando
motores trifásicos mediante un sistema de arranque secuencial. En la ilustración 5 se muestra el diagrama
de conexión.
En el desarrollo de la práctica, se diseñó y ensambló un circuito que incluía transistores y relés, los
cuales se activaban mediante señales generadas por un Arduino. Este sistema permite controlar un
contactor, que a su vez se encarga de arrancar el motor trifásico de manera controlada. Los estudiantes
trabajaron con los materiales proporcionados, siguiendo un manual didáctico que incluía diagramas de
conexión y el código necesario para la programación del Arduino.
Ilustración 5. Diagrama de conexión con las maquinas eléctricas
~AC
RELEVADOR
1
RELEVADOR
2
+
-
M
33
M
3
~ ~
+-
12V
EMPLACADO
MOTORES
TRIFASICOS
- +
ARDUINO UNO
01CJX2
1801
01CJX2
1801
Fuente: Elaboración propia.
pág. 13497
En la cuarta práctica, los estudiantes se dedicaron al desarrollo de un sistema de semáforo con luces
secuenciales, que incluía una pantalla y un teclado matricial. En la ilustración 6 se muestra el diagrama
de conexión.
Este diseño permite programar los tiempos de operación de las lámparas verde y amarilla, que al ingresar
un tiempo específico (tiempo A), hacía que la lámpara verde se encendiera durante ese periodo y luego
se apagara, activándose posteriormente la lámpara amarilla por el tiempo programado (tiempo B). Una
vez finalizados estos intervalos, la lámpara roja permanecía encendida indefinidamente hasta que se
reiniciara el código y se ingresaran nuevos tiempos. Los estudiantes trabajaron con los materiales
proporcionados y siguieron un manual didáctico que incluía diagramas de conexión y el código
necesario para la programación del sistema.
Ilustración 6. Diagrama de conexión del semáforo.
1 2 3
4 5 6
7 8 9
A
B
C
D* 0 #
+
-
5V
~120V
1 17-5G
R A018
d0
47
25V
d0
47
25V
1
0
A
/ 1
2
0
V
A
C
1
0
A
/ 2
4
V
D
C
R
E
L
E
V
A
D
O
R
1
5
V
D
C
1
0
A
/ 1
2
0
V
A
C
1
0
A
/ 2
4
V
D
C
R
E
L
E
V
A
D
O
R
2
5
V
D
C
1
0
A
/ 1
2
0
V
A
C
1
0
A
/ 2
4
V
D
C
R
E
L
E
V
A
D
O
R
3
5
V
D
C
~
~
+-
M
D
D
2
W
1
0
Fuente: Elaboración propia.
En base al desarrollo de las prácticas por parte de los estudiantes, se fueron anotando observaciones de
mejora del manual utilizado. Además, que se adquirieron habilidades en programación, lo que les
permitió comprender mejor el funcionamiento de los circuitos.
pág. 13498
Fase 4: Aplicación de Encuesta de Retroalimentación.
Se aplico una segunda encuesta de retroalimentación para comparar el conocimiento y la percepción de
los estudiantes sobre la electrónica digital antes y después de utilizar Arduino en las prácticas.
Posteriormente evaluar y comparar los resultados obtenidos de ambas encuestas para determinar la
efectividad del uso de Arduino en la enseñanza de electrónica digital.
Diseño de la Encuesta: Se diseño una segunda encuesta en escala Likert similar a la inicial, pero
enfocada en aspectos específicos en los estudiantes sobre su experiencia desarrollando las practicas con
el uso de Arduino, tales como: comprensión de los conceptos de electrónica digital, desarrollo de
capacidades en el armado de circuitos, interpretación de los códigos y la eficacia de Arduino en el
aprendizaje; así como, el impacto percibido en la reducción de errores en la conexión. En la ilustración
7 se muestra una sección de la encuesta diseñada.
Ilustración 7. Sección de la encuesta de retroalimentación.
Fuente: Elaboración propia.
RESULTADOS Y DISCUSIÓN
Conforme a las respuestas que se registraron de los estudiantes de las encuestas aplicadas previas y
posteriores a la aplicación de prácticas, permitieron llevar a cabo un análisis con apoyo de graficas sobre
los conocimientos que se desarrollaron.
pág. 13499
Interpretación de Resultados
Nivel de Conocimiento Inicial vs. Posterior a la Implementación de Arduino.
Antes de la implementación de Arduino, el 50% los estudiantes contestaron que la dificultad teórica es
de un nivel intermedio (regular) y solo el 10% reporto que es complicada (mucho). Lo cual indica que
el entendimiento teórico es aceptable, como se muestra en la ilustración 8.
Ilustración 8. Gráfica de respuestas de conocimiento previo.
Fuente: Elaboración propia.
Si bien los estudiantes entienden la teoría de electrónica digital de manera regular, se mejoró este
aprendizaje con la aplicación de prácticas con Arduino, ya que reportaron que tienen una mayor
comprensión de estos conceptos en comparación al uso de compuertas lógicas tradicionales, reportando
la mayoría (mucho) con un 75% y el 25 % demasiado. Esto demuestra que el uso de Arduino como
herramienta educativa puede fortalecer la comprensión de conceptos teóricos aplicados en las prácticas
en electrónica digital, como se muestra en la ilustración 9.
Ilustración 9. Gráfica de respuestas de conocimiento posterior.
Fuente: Elaboración propia.
¿Se te dificulto la
parte teórica de
electrónica
digital (conceptos,
diagramas etc.)?
¿Qué tanto
mejoraste tu
comprensión de
los conceptos
utilizando Arduino
versus compuertas
lógicas?
pág. 13500
Dificultades en la Práctica
Las mayores dificultades que se identificaron inicialmente se enfocan en la parte práctica. En cambio,
después de la implementación del Arduino, la dificultad se redujo notablemente y esto se debe, a los
circuitos simplificados con una complejidad menor y alta eficacia. Los estudiantes en su mayoría
contestaron que se obtuvo un mejor entendimiento en comparación al armado de circuitos con
compuertas lógicas. Esto indica que la implementación de un manual ayuda también a los conocimientos
prácticos, como se muestra en la ilustración 10.
Ilustración 10. Gráfica de respuestas de conocimiento practico posterior
Fuente: Elaboración propia.
Los problemas de falsos contactos fueron una dificultad significativa antes de la implementación de
Arduino, el 70% de los estudiantes contestaron que se enfrentaron a muchos problemas de este tipo. En
la ilustración 11 a), se muestra el resultado de la encuesta previa. Sin embargo, después de la
implementación, los estudiantes reportaron que, aunque siguen existiendo estos problemas, en su
mayoría son menores, lo que indica una reducción en estos problemas y una mejora en la calidad de las
conexiones, como se muestra en la ilustración 11 b).
¿Cuál es el nivel de
entendimiento del
manual didáctico en
la explicación
teórica?
pág. 13501
Ilustración 11. Gráfica de respuestas de falsos contactos antes y después
Ilustración 11 a), Antes. Ilustración 11 b), Después.
Fuente: Elaboración propia.
Claridad y Utilidad del Manual de Practicas.
La implementación de un manual de prácticas es de gran utilidad para los estudiantes, ya que contestaron
que los códigos y sus descripciones son claros, lo que sugiere una buena calidad del desarrollo del
manual como una herramienta educativa. Otro factor importante fueron las imágenes complementarias
implementadas de las practicas realizadas, ya que, en su mayoría, fueron de gran apoyo para llevarlas a
cabo, como se muestra en la ilustración 12.
Ilustración 12. Gráfica de respuestas de claridad de códigos e imágenes.
Ilustración 12 a), Antes. Ilustración 11 b), Después.
Fuente: Elaboración propia.
Durante el desarrollo de las prácticas, ¿Existieron problemas de falsos contactos?
¿Qué nivel de claridad tienen los
códigos y sus descripciones?
¿Qué nivel de utilidad tienen las
imágenes de referencia para el
montaje final?
pág. 13502
Influencia del Docente
La influencia del docente es muy importante, ya que el 70% de los estudiantes indicaron la importancia
en la encuesta previa, lo que sugiere que la ayuda brindada es requerida y que dependían
significativamente del docente para el desarrollo de las prácticas. Después de la implementación del
Arduino, los estudiantes mostraron autosuficiencia gracias a los materiales y herramientas
proporcionadas, lo que indica que implementar estrategias con material de aprendizaje complementario
puede mejorar la percepción de los estudiantes y motivarlos a ser más autodidactas (ilustración 13).
Ilustración 13. Gráfica de respuestas de influencias del docente.
Fuente: Elaboración propia.
Satisfacción General.
La satisfacción general con el contenido del manual didáctico y remplazando las compuertas lógicas por
Arduino para el desarrollo de prácticas, fue en su mayoría altamente aceptable (ver ilustración 14), lo
que sugiere que los materiales didácticos proporcionados pueden ser implementados como parte de las
actividades en la planeación didacta en el futuro para un mejor entendimiento teórico y práctico, ya que
brindan una herramienta de guía.
Ilustración 14. Gráfica de respuestas de satisfacción general.
Fuente: Elaboración propia.
¿Qué tanto influyo
el docente en el
desarrollo de las
prácticas de
electrónica digital?
¿Cuál es tu nivel
de satisfacción
general con el
contenido del
manual
didáctico?
pág. 13503
CONCLUSIONES
Se puede concluir que con la aplicación de las prácticas implementando Arduino en las carreras de
ingeniería eléctrica e ingeniería mecatrónica, proporcionó mejoras significativas y facilita la
comprensión de conceptos teóricos aplicados en las prácticas, además que se puede llegar a fortalecer
los conocimientos de los estudiantes y fomentar sus capacidades autodidactas.
La implementación de materiales de apoyo con diagramas específicos de los circuitos en conjunto con
los códigos del lenguaje Arduino son una guía que disminuye errores y optimiza el tiempo de desarrollo
de las practicas; así mismo, permite que se enfoque en la lógica de las problemáticas y no en resolución
de errores de falsos contactos o reemplazo de componentes de los circuitos.
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