Educational resource for the dynamic and interactive visualization of vector operations in the physics subject, controlled by means of an ESP32 board

Abstract

La asignatura de física es percibida como una de las más complicadas de aprender, en particular las operaciones de suma y resta de vectores son dos de las temáticas que más se le dificultan a los estudiantes. Se requiere la generación de recursos educativos que favorezcan su aprendizaje ya sea en modalidad presencial, en línea o a distancia. Es necesario que los recursos educativos puedan construirse tanto de forma individual como colectiva, con características interactivas atractivas para una comunidad estudiantil cada vez más digitalizada. El proceso educativo se favorece de la visualización simultánea de la información que manipula, mediante una interfaz gráfica y numérica, a fin de que el usuario reciba retroalimentación sobre las operaciones con vectores que realiza en tiempo real. Se presenta el desarrollo de un recurso educativo que permite la visualización dinámica e interactiva de operaciones con vectores en dos dimensiones dentro del ambiente de una hoja de cálculo. La manipulación de las magnitudes y direcciones de dos vectores se realiza a partir de las lecturas de dos Joysticks físicos con una tarjeta ESP32. Mediante gráficos que se actualizan automáticamente y en tiempo real, se visualizan las magnitudes, direcciones y sentidos de los vectores, que se suman y se restan para obtener un vector resultante. El ángulo del vector resultante se envía a un micro servomotor que ubica su eje con respecto al eje coordenado X con el objetivo de retroalimentar al estudiante con una respuesta en el mundo físico de las operaciones que se realizan en el ambiente virtual, producto de múltiples operaciones matemáticas efectuadas. Las distintas funcionalidades que provee la hoja de cálculo para la edición de los gráficos facilitan la identificación de los múltiples detalles que se requieren durante el estudio de los vectores, como lo son la magnitud, dirección y sentido de ellos. De esta manera, se obtuvo un recurso educativo tangible que favorece la manipulación de vectores de forma interactiva, en sintonía con un sistema de visualización gráfico y numérico que provee al usuario la información completa de las características de los vectores y los resultados de efectuar las distintas operaciones que se llevan a cabo entre ellos. Además, el sistema obtenido es adaptable para permitir abordar temáticas relacionadas con vectores, como lo es la estática, donde se requiere la representación de sistemas de fuerzas con vectores, o la manipulación de robots educativos reales y virtuales, ya que frecuentemente se requiere el cálculo de ángulos y posiciones en un espacio de trabajo, situaciones que serán exploradas en siguientes comunicaciones.