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UN SISTEMA AUTOMATIZADO PARA EL ADIESTRAMIENTO Y
EVALUACIÓN DE ESTUDIANTES DE FÍSICA ANTE EXÁMENES
CERRADOS.
A PREPRINT
Juan José Jiménez-Torres
Kanazawa Institute of Technology
Yatsukaho Research Center
Hakusan, Ishikawa 924-0838, Japan
JuanJzTorres@gmail.com
Febrero, 2023
ABSTRACT
In this work, I present an automatic system for the evaluation of closed-type exercises in physics
at the high school level or in the first year of a degree where physics is a mandatory course. It is
expected that this will allow students or teachers with access to a computer or mobile device to get
into a repository of exercises for different areas of physics and practice them using true or false or
multiple choice options.
This system is expected to solve the problem that many students do not have enough skills to face this
type of evaluation, since they have not had the opportunity to work with closed-type exams that are
graded by computers and are used by educational institutions such as evaluation tools. This material
can also benefit teachers by providing them with an alternative form of evaluation to the traditional
form.
To use this system, computer programming skills are not required, since it consists of a program
where the answers are selected and the program provides a numerical score, a brief interpretation, and
the solutions to every exercise, which will allow students to compare their answers with the solutions.
RESUMEN
En este trabajo presento un sistema automatizado para la evaluación de ejercicios cerrados de física
de nivel bachillerato o de primer año de licenciatura en donde la física sea un curso obligatorio.
Se espera que esto permita a alumnos o docentes con acceso a una computadora o un dispositivo
móvil acceder a un repositorio de ejercicios de distintas áreas de la física y practicarlos mediante las
opciones de falso o verdadero o de opción múltiple.
Este sistema pretende ayudar a la solución del problema referente a que muchos alumnos no tienen
las habilidades para enfrentarse a ese tipo de evaluaciones, pues no han tenido las oportunidades
de trabajar con exámenes cerrados que son calificados por computadoras y que son utilizados por
instituciones educativas como herramientas de evaluación. Este material puede beneficiar también a
docentes al brindarles una forma de evaluación alternativa a la forma tradicional.
Para usar este sistema no se requieren habilidades de programación en cómputo, pues consiste de un
programa en donde se seleccionan las respuestas y el programa entrega una calificación numérica, una
breve interpretación y las soluciones a cada uno de los ejercicios, lo cual permitirá a los estudiantes
confrontar sus respuestas con las soluciones.
Keywords Interactive education systems · Physics programming · Answer processing · Answer validation
Keywords Sistemas interactivos para educación · Programación en física · Procesamiento de respuestas · Validación de
respuestas
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https://orcid.org/0000-0001-6886-2182
Research Working Paper A PREPRINT
1 Introducción
Hoy en día la evaluación educativa corresponde a un tópico fundamental en la investigación educativa, considerando que
aunque se cuenten con nuevas herramientas tecnológicas para la enseñanza, si no se adapta la forma de evaluación a los
tiempos actuales, el proceso de enseñanza de las ciencias se encontrará incompleto. Esto significa que las evaluaciones
no deberían concentrarse únicamente en la calificación de exámenes a lápiz en la forma tradicional. Además de esto,
nos encontramos con que actualmente los exámenes cerrados son muy frecuentes y que no todos los alumnos tienen
las habilidades para enfrentarse a este tipo de evaluaciones, pues no todos los alumnos han tenido una oportunidad de
enfrentarse a este tipo de exámenes automatizados.
En este trabajo, se presenta un programa interactivo de evaluación de ejercicios de física que está construido en base
a preguntas de opción múltiple, y de falso o verdadero, las cuales son preguntas del tipo que pueden encontrarse en
los exámenes cerrados y calificados automáticamente por una computadora. Así mismo, forma parte de una serie
de trabajos para el desarrollo de software para la enseñanza y evaluación de la física, iniciados con el artículo de
Jiménez-Torres et al. (2018).
El programa interactivo contiene un banco de reactivos para las asignaturas de física, las cuales abarcan temas de física
clásica, una breve introducción a la Física Moderna y una asignatura para el tema de la física y su relación con otras
ciencias. Específicamente estas asignaturas son: 1) La Física y su relación con otras ciencias naturales, 2) Fenómenos
Mecánicos, 3) Fenómenos Termodinámicos, 4) Fenómenos Ondulatorios, 5) Fenómenos electromagnéticos, y 6) Física
contemporánea: Relatividad Especial e Introducción a la Mecánica Cuántica.
Este material está planeado para cursos introductorios o diagnósticos y se puede emplear para un curso de una duración
de un semestre universitario. Debido a la naturaleza del contenido, se recomienda que el estudiante cuente con
conocimientos básicos de matemáticas y física. Para cada una de las asignaturas presentadas en este trabajo, se
presentan ejercicios y problemas resueltos que proporcionan herramientas y técnicas necesarias para afrontar los
problemas que los estudiantes pueden encontrar en sus tareas y exámenes. Para estos ejercicios, he empleado el sistema
internacional de unidades para la solución de ejercicios.
Por otra parte, para apoyar a lograr los objetivos ideales de egreso de las asignaturas o cursos de física del bachillerato,
se considerarán los distintos niveles cognoscitivos indicados en el Núcleo de conocimientos y formación básicos que
debe proporcionar el Bachillerato de la UNAM. Este consiste en un documento interno y oficial del Colegio de Ciencias
y Humanidades (CCH) y de la Escuela Nacional Preparatoria (ENP), ambos parte de la Universidad Nacional Autónoma
de México (UNAM). Estos niveles cognoscitivos se encuentran clasificados de acuerdo a: posesión de información,
comprensión, elaboración conceptual y solución de problemas. De acuerdo a los contenidos de las unidades en los
cursos de física y los objetivos a alcanzar, en este trabajo se establece una ponderación al número de preguntas que debe
elaborarse en cada nivel cognoscitivo.
Así mismo, se espera que este programa interactivo no solo sea una valiosa fuente de información y adiestramiento para
estudiantes de bachillerato o licenciatura, sino que también pueda servir de apoyo y actualización para los docentes de
los cursos de física. Todo esto es desarrollado con la finalidad de contribuir en el mejoramiento del nivel académico en
la educación media superior y superior.
2 Justificación
En los cursos de física de nivel de bachillerato se estudian principalmente los conceptos, de los cuales algunos son
fáciles de reconocer debido a la experiencia diaria de los alumnos, y otros por su parte son más complejos y abstractos
y los estudiantes únicamente los pueden identifican después de que han sido derivados detalladamente por el profesor
(Clarence 1979). La física es una ciencia que no solo trata con la causa o razón de los fenómenos naturales, sino que
también se enfoca en determinar cantidades y magnitudes, y por esta razón se involucran problemas de naturaleza
numérica en los cursos de física. Algunos autores como Seville (1959) y Caballer y Oñorbe (1999) han considerado
que un método efectivo en la enseñanza de la física consiste en trabajar con problemas o ejercicios de tipo numérico y
recomienda realizarlo de manera sistemática y adecuada. Por esta razón, los estudiantes de física deben encontrarse
capacitados para resolver problemas o ejercicios formulados en lenguaje matemático.
Sin embargo, muchos alumnos encuentran la solución de problemas como una forma de evaluación difícil, pues muchos
de ellos consideran que la solución de ejercicios consiste únicamente en sustituir valoresen una fórmula. Esta suposición
muchas veces tiene un resultado desfavorable para sus calificaciones obtenidas. El programa interactivo se presenta
como una herramienta auxiliar para este problema, y que permita al alumno adquirir habilidades para la solución de
ejercicios de física y aplicación de sus conocimientos adquiridos en sus cursos.
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Research Working Paper A PREPRINT
Una vez mencionada la importancia de los problemas y ejercicios en los cursos y exámenes de física, debemos considerar
que hay varias razones más para considerar a una computadora o dispositivo electrónico como instrumentos para la
educación, particularmente en la enseñanza de la física en los niveles de bachillerato y universitario (Calderón 1988).
Hoy en día, los sistemas automatizados de evaluación en las ciencias realizan un papel valioso en los procesos de
evaluación en los sistemas educativos (UN 2011). Los sistemas interactivos automatizados se han empleado desde
hace décadas para la evaluación masiva de exámenes de estudiantes que solicitan ingreso a las universidades públicas
y privadas en todo el mundo. De acuerdo a la agenda de las Naciones Unidas para la Educación, la inclusión de la
tecnología en los sistemas de educación tiene claras evidencias de impacto positivo, particularmente en los países en
vías de desarrollo, en donde varios países reportan una infraestructura inadecuada para la aplicación de exámenes a una
gran cantidad de estudiantes de manera simultánea.
Por otra parte, la carencia de profesores capacitados en las áreas científicas representa un obstáculo en el desarrollo
del proceso educativo. Incluso en lugares donde se cuenta con una planta docente suficiente, existen algunos de estos
profesores que declaran no contar con habilidades o competencias para la implementación de exámenes cerrados
automatizados para sus estudiantes. En este sentido, Leiserson y Vinney (2015) recomiendan que los profesores deben
también estar actualizados en el manejo y dominio de las nuevas tecnologías durante sus carreras académicas y no
solamente los estudiantes.
En la literatura y distintos sitios en Internet existen ejercicios de exámenes cerrados de física de opción múltiple o de
falso o verdadero, aunque la mayoría de ellos se encuentran en idioma inglés, lo que representa una barrera para varios
estudiantes. También existen sitios de Internet donde ofrecen ejemplos de ejercicios de física con respuestas de opción
múltiple o de falso o verdadero, sin embargo la cantidad de estos ejercicios puede ser insuficiente para cubrir todos los
temas de las distintas áreas de la física. Por su parte en otros sitios se ofrecen ejercicios de física de opción múltiple o
de falso o verdadero, en donde únicamente se limitan a entregar una calificación, sin mostrar la física de la solución
correcta de los ejercicios, lo que puede dejar al estudiante sin saber porqué su respuesta seleccionada es incorrecta
cuando obtiene una calificación desfavorable. Por lo que la implementación de sistemas automatizados y actualizados
de evaluación puede resultar en un gran apoyo para la solución de estas problemáticas.
Otra problemática radica en que algunos estudiantes que logran resolver un problema de física de manera correcta, lo
hacen gracias al empleo de conocimientos memorizados, pero que cuentan con poca capacidad de entender o resolver
problemas de algún otra área distinta de la física. Esta situación puede tener consecuencias notorias en un nivel de
educación superior, cuando los estudiantes se enfrentan a un problema de física y argumentan que comprenden el
concepto de la física, pero que no encuentran la forma para poder resolver los problemas de un examen cerrado con
límite de tiempo. Esta problemática es una motivación más para el desarrollo e implementación de nuevos métodos
educativos para atender esta situación. Por lo que el sistema presentado en este trabajo puede ayudar a fortalecer la
capacidad y habilidad para la solución de ejercicios cerrados.
El sistema automatizado de evaluación en este trabajo también puede ayudar a aquellos estudiantes que no pueden
atender a clases de manera presencial por carencia de recursos o por situaciones específicas como la experimentada
durante el brote de pandemia de SAR COVID 2019 que obligó a un confinamiento en el hogar para los estudiantes y la
implementación de educación en línea para los estudiantes y profesores.
3 Taxonomía
En esta sección se mencionan los niveles cognoscitivos indicados por el Núcleo de Conocimientos y Formación Básicos
(NCFB) que debe proporcionar el Bachillerato de la UNAM (ECUNAM 2001) y en los que se encuentran basados los
ejercicios y problemas de física de este trabajo. El NCFB consiste en un documento elaborado por el consejo académico
del bachillerato de la UNAM, en donde se plantean los conocimientos, habilidades, y actitudes prioritarios y de mayor
relevancia para obtener los conocimientos ideales de egreso de los estudiantes de bachillerato de la UNAM en México.
El NCFB pretende que la educación adquirida por los estudiantes no esté sometida únicamente a la adquisición de
información, sino que fomente en ellos el pensamiento analítico y crítico, y el desarrollo de habilidades para la solución
de problemas.
Para la elaboración de los objetivos cognoscitivos, el NCFB emplea los siguientes 4 niveles cognoscitivos:
I. Nivel de posesión de información. En este nivel, el alumno únicamente recuerda y reproduce la información adquirida
en sus cursos.
II. Nivel de comprensión. En este nivel, el alumno entiende e interpreta la información adquirida en sus cursos, sin
alterar el significado o definición original de esa información.
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III. Nivel de elaboración conceptual. En este nivel, el alumno desarrolla procesos de análisis, síntesis y evaluación de la
información adquirida en sus cursos.
IV. Nivel de solución de problemas. En este nivel, el alumno emplea el conocimiento adquirido y sus habilidades de
comprensión y razonamiento de un tema para el desarrollo de una secuencia de pasos para lograr una solución de un
ejercicio o problema.
Estos niveles cognoscitivos también son descritos en textos como Fowler (2002) y Woolfolk (1996).
Los reactivos presentados en este trabajo contienen ejercicios que incluyen estos niveles cognoscitivos. De esta manera
se pretende que los alumnos comprendan la física involucrada en los fenómenos físicos que ocurren en la naturaleza y
que los problemas relacionados a ellos sean no solo de carácter empírico donde solamente se aplique de forma mecánica
expresiones matemáticas, sino que también sean de carácter analítico y cuantitativo.
Los objetivos educativos del área de física se desarrollan pensando en los requerimientos y necesidades de las carreras a
nivel licenciatura que requieren conocimientos de física como las ingenierías. Además, estos objetivos están pensados
para que los alumnos adquieran conocimientos y habilidades que le sean de utilidad para aplicarlos en la vida diaria, y
que de esta manera tengan un interés auténtico por el estudio de la física. En el NCFB de la UNAM, promueven el
desarrollo de habilidades superiores a aquellas relacionadas a la memorización o a la aplicación mecánica de algoritmos,
o fórmulas matemáticas.
4 Metodología a seguir para la elección de los ejercicios
En el proceso de evaluación de la física es importante la obtención de información del conocimiento que poseen los
estudiantes, y esto se puede lograr mediante la elaboración y aplicación de medios de evaluación como lo son las
técnicas, los instrumentos y los ejercicios. En las técnicas se dirige una actividad y se busca el aprovechamiento de los
recursos o materiales existentes en términos prácticos. Un instrumento consiste en un medio para lograr un objetivo y
constituyen a las técnicas. Por su parte, los ejercicios son los componentes del instrumento y analizan una situación
física o problema que requiere una solución (CB 1994).
Las técnicas de evaluación que se emplean frecuentementese refieren a: I) solución de problemas; II) solicitud de
productos; III) observación; y IV) interrogatorio.
En la solución de problemas se evalúan los conocimientos del estudiante a nivel conceptual o de compresión, también
se analiza el conjunto de desarrollos para llegar a una solución.
En la solicitud de productos se requiere que el estudiante presente documentos escritos, diseños o montajes experimen-
tales relacionados a un conocimiento adquirido en las aulas.
En la observación se observa y documenta las expresiones referentes al conocimiento del estudiante sobre un tema
específico.
Y en el interrogatorio se solicita información donde se registran las respuestas directas, interpretaciones de la solución a
un problema o la opinión del estudiante ante un problema.
En este trabajo únicamente se incluyen ejercicios para la técnica de solución de problemas I) y los instrumentos
incluidos en esta técnica son las i) pruebas objetivas, ii) los desarrollos temáticos y iii) los simuladores escritos.
Los desarrollos temáticos corresponden a un instrumento de producción o generación, mientras que las pruebas objetivas
y simuladores escritos corresponden a instrumentos de selección (Hernández 2002; Wood 2000), los cuales son la base
fundamental para el desarrollo de los reactivos de física en este trabajo.
En los ejercicios de los instrumentos de selección los reactivos tienen respuestas únicas. Pueden ser aquellos con una
respuesta corta, complementación de un enunciado, respuestas de falso o verdadero o ejercicios de opción múltiple. En
este trabajo únicamente presentaré ejercicios de física de opción múltiple y con respuestas de falso o verdadero.
Los ejercicios de opción múltiple consisten de un enunciado principal en donde se expresa una situación o un enunciado
referente a un fenómeno o principio de física e incluyen un conjunto de alternativas de respuestas, donde sólo una es la
respuesta correcta y se encuentran distribuidas al azar para todos los ejercicios en este trabajo. Este tipo de reactivos
permitirá evaluar distintos niveles del conocimiento del estudiante, desde la posesión de información hasta el análisis
de situaciones complejas en un problema de física. Para motivar el interés de los estudiantes en esta evaluación, he
elaborado ejercicios de física con aplicaciones en la vida diaria que les resulten atractivos y no abstractos o de difícil
comprensión. En todos los ejercicios de opción múltiple y de falso o verdadero he planteado problemas que cubran los
requerimientos de los objetivos de aprendizaje planteados en la sección de taxonomía.
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Research Working Paper A PREPRINT
En los reactivos o ejercicios de falso o verdadero se muestra una proposición o contexto físico donde el estudiante
debe comprender si ese contexto planteado es correcto o falso y seleccionar una opción como correcta. El orden de las
opciones de respuestas correctas han sido colocadas al azar para todos los ejercicios.
El repositorio de ejercicios en este trabajo está elaborado de manera que la cantidad de reactivos de falso o verdadero
sea inferior a los ejercicios de opción múltiple, ya que en los ejercicios de falso o verdadero existe la posibilidad de que
el estudiante respondiendo de manera azarosa, pueda tener una posibilidad del 50 % de seleccionar la respuesta correcta.
Los reactivos y ejercicios, y sus respectivas figuras, se encuentran basados en ejercicios planteados en distintas fuentes
bibliográficas como los textos de Schad (1996), Resnick y Halliday (1981), Tippens (2001), Benson (1999, 1991) y
Hewitt (1999). Estos ejercicios de física también fueron empleados para el trabajo que desarrolle en Jiménez-Torres
(2006).
5 Sistema Automatizado
En este trabajo presento un sistema automatizado interactivo de evaluación de ejercicios de física donde una computadora
es empleada por un estudiante. En este sistema la interfaz y el código fuente están escritos en el lenguaje de programación
HTML. Este sistema está diseñado para que el estudiante únicamente se enfoque en responder las preguntas y no
pierda tiempo en ningún paso de programación en cómputo. Los estudiantes seleccionan con un clic la opción de la
respuesta que ellos consideran es la correcta frente a cada ejercicio que encuentran en el repositorio de ejercicios de
física. Después, cuando han seleccionado todas sus respuestas, dan clic en el botón calificar y el sistema les muestra
automáticamente una calificación numérica en el rango desde 0 a 10, una breve interpretación de su respuesta obtenida,
y una propuesta para la solución de cada uno de los ejercicios que encontró en el sistema.
La breve interpretación consiste en un mensaje corto del tipo: INSUFICIENTE, SUFICIENTE, REGULAR, BIEN,
MUY BIEN, o EXCELENTE, dependiendo de su calificación obtenida. Estas interpretaciones están basadas en el
sistema de calificaciones de la educación en México (SEP 1978), donde una calificación de 0 a 5.99 corresponde a una
interpretación de INSUFICIENTE; 6 a 6.49 a una interpretación de SUFICIENTE; 6.5 a 7.49 a una interpretación de
REGULAR; 7.5 a 8.49 a una interpretación de BIEN; 8.5 a 9.49 a una interpretación de MUY BIEN; y 9.5 a 10 a una
interpretación de EXCELENTE.
Este sistema cuenta actualmente con 245 ejercicios en total, donde 60 de ellos corresponden al área de mecánica, 42
al área de termodinámica, 53 al área de electromagnetismo, 39 al área de relatividad y mecánica cuántica, 33 al área
de fenómenos ondulatorios y 18 a la relación de la física con otras ciencias naturales. En las siguientes direcciones
se muestran las estructuras del sistema, las preguntas de los reactivos, y las opciones múltiples de las respuestas para
cada una de las áreas de la física que contiene el sistema. Después de que el usuario ha dado clic en el botón calificar,
aparecen propuestas para las soluciones de cada uno de los ejercicios que contiene el sistema.
Ejercicios de La relación de la física con otras ciencias naturales: https://juanjztorres.github.io/ejca/
Ejercicios de Mecánica: https://juanjztorres.github.io/ejme/
Ejercicios de Termodinámica: https://juanjztorres.github.io/ejte/
Ejercicios de Fenómenos ondulatorios: https://juanjztorres.github.io/ejon/
Ejercicios de Electromagnetismo: https://juanjztorres.github.io/ejel/
Ejercicios de Relatividad y mecánica cuántica: https://juanjztorres.github.io/ejcu/
6 Conclusión
En este sistema, presentó un repositorio de ejercicios resueltos de física donde los estudiantes o profesores pueden
disponer de un instrumento de evaluación de conocimientos de física para nivel bachillerato o primer año de nivel
universitario a nivel licenciatura. Este sistema permite conocer no sólo una calificación numérica, sino también una
propuesta para conocer la solución correcta a cada uno de los ejercicios de este repositorio. Presentó ejercicios para la
evaluación de las distintas áreas de la física como la mecánica, termodinámica, óptica, electromagnetismo, relatividad
especial y mecánica cuántica, las cuales están basados en las unidades de física que proporciona el bachillerato
universitario de la UNAM. Todos los ejercicios cuentan con soluciones entregadas por el sistema para que el alumno
identifique las discrepancias en sus respuestas.
Se espera que su impacto sea favorable, además de que se encontrará abierto para futuras ediciones o mejoramientos
donde un docente o experto puede adicionar más material educativo para que de esta manera se disponga de un mayor
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https://juanjztorres.github.io/ejca/
https://juanjztorres.github.io/ejme/
https://juanjztorres.github.io/ejte/
https://juanjztorres.github.io/ejon/
https://juanjztorres.github.io/ejel/
https://juanjztorres.github.io/ejcu/
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repositorio de ejercicios resueltos de física y que sea de utilidad no solo para estudiantes de las licenciaturas de física o
de ingenierías, sino también de estudiantes de otras áreas como las de ciencias médico biológicas.
Se espera que el software interactivo corresponda a una herramienta valiosaen el mejoramiento de la habilidad y
capacidad de los estudiantes de física para resolver ejercicios que son calificados por una computadora y que por lo
general cuentan con un tiempo limitado para resolver los exámenes. También se desea que el alcance de la información
contenida en este software sea evidente, ya que está planeado para ser puesto en línea, lo que permitirá que en menor
tiempo y en cualquier lugar sea distribuida y consultada. Con esto se espera que los estudiantes puedan tener un acceso
remoto y un acercamiento fácil al conocimiento de la física en varias de sus ramas de estudio.
Agradecimientos
El autor agradece a la Facultad de Ciencias de la UNAM donde esta propuesta fue concebida, y al Instituto Tecnológico
de Kanazawa en Japón donde este trabajo fue comenzado y desarrollado y donde el autor realizó una estancia de
investigación en cómputo para el desarrollo de un sistema interactivo para el área de física computacional.
References
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[21] A.E. Woolfolk, Psicología educativa (Prentice Hall, México, 1996), 6ta ed.
6
	1 Introducción
	2 Justificación
	3 Taxonomía
	4 Metodología a seguir para la elección de los ejercicios
	5 Sistema Automatizado
	6 Conclusión