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METODOLOGIA DE DISEÑO ELECTRÓNICO DENTRO DE
PRÁCTICAS OBLIGATORIAS DE LABORATORIO
ELECTRONIC DESIGN METHODOLOGY IN LAB EXPERIMENTS
Ca los J. Jiménez Fe nández
[email p o ec ed]
An onio López Ojeda
[email p o ec ed]
Ca los León de Mo a
[email p o ec ed]
Uni e sidad de Se illa. Escuela Uni e si a ia Poli écnica.
c/ Vi gen de Á ica, 7 41011 Se illa
En la me odología de diseño de ci cui os elec ónicos iene mucha impo ancia el uso de he amien as
so wa e. En el caso de diseño con ci cui os disc e os, és as se usan pa a la e i icación del compo amien o
an es de la cons ucción del mismo. Es a me odología, que di ícilmen e puede enseña se en clases de aula,
puede e se en las p ác icas de labo a o io. En es a comunicación p esen amos el diseño de las p ác icas
de labo a o io de la asigna u a Elec ónica Analógica, en la que se in eg an he amien as in o má icas de
simulación an es del mon aje de un sis ema elec ónico de o ma que el alumno enga un conocimien o del
lujo de diseño analógico.
Palab as Cla e: P ác icas de labo a o io, ap endizaje basado en p oyec os.
TSo wa e ools a e e y impo an in he design me hodology o elec onic ci cui s. In he case o disc e e
ci cui design, he so wa e ools a e used o e i y he beha iou be o e i s implemen a ion. This me hodology,
which can ha dly be augh in class oom lessons, can be seen de eloped in he labo a o y. In his pape we
p esen he design o labo a o y p ac ices by he Analog Elec onics subjec . Those p ac ices in eg a e
simula ion ools be o e he implemen a ion o an elec onic sys em so ha he s uden ge s knowledge o he
analog design low.
Keywo ds: Labo a o y p ac ices, p ojec -based lea ning.
ISSS: 1133-8482 - Nº 37 Julio - Diciemb e 2010 pp. 19 - 27
1. In oducción.
Las asigna u as elacionadas con la
enseñanza de la elec ónica suelen ene una
pa e de eo ía y p oblemas y o a pa e de
p ác icas obliga o ias de labo a o io. Las
p ác icas son una pa e impo an e de la
docencia, y deben se i pa a que los alumnos
ap endan des ezas y p oblemá icas que sólo
apa ecen en los labo a o ios, pe o ambién
se i como e ue zo de los con enidos
enseñados en las clases de aula ( an o
eó icas como de p oblemas).
Po o o lado, es muy di ícil in oduci en
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Jiménez,C.J., López, A. y León, C.
las clases de aula la me odología de diseño de
ci cui os elec ónicos que se sigue en la
p ác ica. En gene al es a me odología no sólo
equie e del diseño y análisis a mano, sino
que se in oducen he amien as in o má icas
de e i icación. Es a me odología sí puede se
p esen ada y u ilizada en las p ác icas de
labo a o io
Sin emba go, las p ác icas obliga o ias se
encuen an con di e sos p oblemas. Uno de
ellos iene dado po la co a du ación de las
sesiones (en nues o caso de dos ho as), lo
que hace que las a eas que se puedan hace
sean muy sencillas y que el alumno no le ea
la u ilidad p ác ica a lo que es á haciendo. Es o
a su ez lle a a un segundo p oblema, la al a
de mo i ación del alumno.
En es e a ículo desc ibi emos el diseño de
las p ác icas de la asigna u a de Elec ónica
Analógica pa a consegui dos obje i os: en
p ime luga que el alumno ap enda de o ma
p ác ica la me odología de diseño de ci cui os
analógicos y en segundo luga que el alumno
mon e un sis ema de mediana complejidad en
el que ea una u ilidad p ác ica. Es o además
debe incidi en la mejo a de la mo i ación del
alumno (Jiménez, 2009).
El sis ema a mon a debe ene unas
ca ac e ís icas especiales pues o que se iene
que i cons uyendo en dis in as ases, que
se co esponde án con las sesiones de
labo a o io. O a ca ac e ís ica es que debe
cub i el mayo núme o de emas de la
asigna u a. El mejo sis ema que eúne es as
ca ac e ís icas es un ampli icado de audio,
pues puede di idi se en dis in os módulos y
con él se cub e g an pa e de ema io de la
asigna u a.
2. Me odología de Diseño Elec ónico.
El diseño elec ónico iene como obje i o
la ob ención de un ci cui o uncionalmen e
co ec o, lo más sencillo y e icien e posible y
en el meno plazo de iempo. Po ello, la
me odología de diseño debe ga an iza que
se minimicen los e o es, y que, caso de que
se p oduzcan, és os se de ec en en la ase
más emp ana posible. Po ello la ase de
diseño se in oducen pun os de e i icación
en dis in as e apas del diseño y caminos de
uel a a ás an es de comenza el mon aje del
ci cui o. La he amien a undamen al pa a la
e i icación del compo amien o es el
simulado . No se puede conside a que el
ci cui o es á co ec amen e diseñado has a
que la simulación dé como esul ado el
compo amien o deseado.
Pa a los ci cui os analógicos se u ilizan
simulado es eléc icos a ni el de ansis o es,
en su mayo ía basados en SPICE (Nagel 1973).
En nues o caso se ha escogido PSPICE, pues
iene un en o no g á ico sencillo de maneja y
se dispone de una e sión lib e que pe mi e
ealiza odas las simulaciones necesa ias.
El lujo de diseño ípico de un ci cui o
analógico se mues a en la igu a 1. El p ime
paso consis e en gene a unas
especi icaciones de diseño, las cuales
desc iben la uncionalidad espe ada así como
o as p opiedades, como el consumo de
po encia, espacio máximo que puede ocupa ,
e c. En gene al, las especi icaciones del diseño
dejan bas an e libe ad al diseñado en
aspec os como la opología del ci cui o, la
colocación de dis in os componen es, e c.
El mé odo habi ual de desc ibi el diseño a
ni el de ansis o es y ope acionales es
median e la “cap u a de esquemas”, que
p opo cionan una o ma g á ica, sencilla e
in ui i a de coloca e in e conec a los
componen es pa a así ealiza el diseño. El
ci cui o debe inclui las uen es de
alimen ación, la ie a y los conec o es de
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Pixel-Bi . Re is a de Medios y Educación
en ada y salida.
Después de comple a la desc ipción del
ci cui o u ilizando la he amien a de cap u a
de esquemas, el uncionamien o eléc ico y la
uncionalidad del ci cui o deben se
e i icados u ilizando un simulado eléc ico.
La simulación de allada a ni el de ansis o es
es el p ime paso en la alidación de la
ope ación, en ella no sólo se de ec an e o es
espec o a las especi icaciones, sino que
ambién se de ec an e o es en la c eación de
los esquemá icos. En es e paso es
ex emadamen e impo an e que los esul ados
de simulación sean los co ec os an es de
segui con los siguien es pasos de diseño.
Una ez que los esul ados de simulación
indican que el ci cui o unciona co ec amen e
se pasa a la e apa de mon aje. T as la
ealización del mon aje hay que p ocede a la
e i icación del uncionamien o, aho a en un
labo a o io, an es de p ocede a su uso en su
ubicación de ini i a.
3. Asigna u a Elec ónica Analógica.
Elec ónica Analógica es una asigna u a
oncal, de ca ác e anual, de segundo cu so,
Especi icaciones
de diseño
Simulación
Eléc ica
Tes
Tipo de
simulación
Base de da os de
com
p
onen es
C eación de
esquemá icos
Mon aje
Figu a 1. Flujo de diseño analógico.
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Jiménez,C.J., López, A. y León, C.
co espondien e a la i ulación de Ingenie ía
Técnica Indus ial, especialidad en Elec ónica
Indus ial (Plan 2001) que se impa e en la
Escuela Uni e si a ia Poli écnica de la
Uni e sidad de Se illa. La asigna u a iene 12
c édi os LRU que se co esponden con 11
c édi os ECTS (5.5 eó icos y 5.5 p ác icos).
Es os c édi os se o ganizan en cua o ho as
de clase semanales, de las cuales 3 son de
aula (2 eó icas y 1 de p oblemas) y 1 de
labo a o io (que se ag upan en sesiones de
dos ho as, po lo que el alumno ealiza una
p ác ica cada dos semanas). El núme o medio
de alumnos po cu so es de 100 en los úl imos
cu sos.
La asigna u a iene como obje i os
gene ales es ablece los concep os básicos
pa a el es udio de los ci cui os analógicos,
como son la ampli icación, la espues a en
ecuencia, la ealimen ación y la es abilidad,
así como desc ibi los ci cui os básicos de
aplicación (ampli icado es, il os, oscilado es,
ci cui os basados en diodos y ansis o es,
e c.). En la base de la mayo ía de las
aplicaciones es á el Ampli icado Ope acional.
La asigna u a pa e de los componen es
básicos ( ansis o es, diodos, ope acionales,
e c.) a ni el de elemen os de ci cui o y se
en oca hacia el análisis de ci cui os en ensión
al e na y con inua en égimen senoidal
es aciona io.
Al se una asigna u a de segundo cu so de
ca e a, se asume que el alumno posee
conocimien os básicos de eo ía de ci cui os
y análisis ma emá ico adqui idos en
asigna u as del p ime cu so de ca e a.
Respec o al labo a o io, el alumno ya ha
adqui ido cie a des eza en el manejo del
ins umen al de un labo a o io de elec ónica.
La me odología que se emplea pa a impa i
la asigna u a se compone de dis in os pasos.
En cada ema se comienza con la exposición
de los undamen os eó icos aplicables,
p osiguiéndose con aplicaciones p ác icas de
los mismos (p oblemas). En aquellas
si uaciones en las que se conside a adecuado,
se in e calan algunas sesiones p ác icas
den o de los conocimien os eó icos, con el
obje o de a ianza conocimien os. Una ez
cumplido es e ciclo pa a cada ema, se ealizan
p ác icas obliga o ias de labo a o io, en las
que se expe imen a con los concep os
adqui idos. También se emplean ecu sos
in o má icos (simulado es), u o ías
pe sonalizadas y la pla a o ma de enseñanza
i ual de la Uni e sidad de Se illa pa a
omen a la elación en e p o eso y alumnos
y a o ece el acceso a los con enidos.
El ema io a impa i se es uc u a en sie e
g andes emas más uno de in oducción:
1.In oducción a la elec ónica analógica.
2.Ci cui os con diodos y ansis o es.
3.E apas ampli icado as básicas.
4.Ampli icado es ope acionales.
5.Respues a en ecuencia de los
ampli icado es y il os.
6.Ampli icado es ealimen ados.
7.Es abilidad y oscilado es.
8.Aplicaciones de los ampli icado es
ope acionales.
Como ma e ial de apoyo, además de una
amplia bibliog a ía po cada ema, se dispone
de bole ines de p oblemas con más de 100
eje cicios, casi odos con su co espondien e
solución. En elación a las p ác icas, se
ealizan 10 a lo la go del cu so.
4. Obje i os globales en el diseño de las
p ác icas.
El diseño de las p ác icas de labo a o io
debe ene en cuen a alguno de los obje i os
adicionales:
·Que el alumno adquie a des ezas en el
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mon aje de ci cui os analógicos disc e os,
median e la ealización de ci cui os sencillos
y su mon aje con placas de p o o ipado.
·Que el alumno consolide los conocimien os
adqui idos en las clases de aula ( an o de eo ía
como de p oblemas).
Pe o ambién hemos pe seguido o os
obje i os, como son:
·Que el alumno ap enda la me odología de
diseño de ci cui os analógicos con el empleo
de he amien as de simulación con las que
comp oba , p e iamen e al mon aje, el
adecuado uncionamien o del ci cui o.
·Que el alumno ealice, con el conjun o de
odas las p ác icas, un sis ema de mediana
complejidad, con una uncionalidad muy cla a
y e i icable.
Es os dos nue os obje i os es án muy
ligados, pues o que es di ícil la aplicación de
la me odología eal de diseño de ci cui os
elec ónicos (en es e caso de ci cui os
analógicos) en ci cui os muy sencillos. Sin
emba go, el mon aje de un sis ema elec ónico
de mediana complejidad iene una di icul ad
añadida en las p ác icas obliga o ias: el
mon aje ha de ealizado en sesiones de
p ác icas de dos ho as de du ación. Po ello,
dicho mon aje ha de se obliga o iamen e
modula , es deci , debe pode mon a se en
dis in os pasos. El hecho de que el mon aje
sea modula in oduce en es as p ác icas de
una o ma simpli icada de ap endizaje basado
en p oyec os (Galena 2006).
Como sis ema a ealiza se ha escogido un
ampli icado de audio. Es e sis ema iene
nume osas en ajas den o de la asigna u a
Elec ónica Analógica.
Po un lado los ampli icado es de audio
ep esen an uno de los sis emas analógicos
más u ilizados en la ac ualidad. Además es un
sis ema modula , que puede di idi se en
subsis emas que pueden i mon ándose en
di e en es pasos. Es e aspec o es esencial en
nues o plan eamien o, pues o que es e
p oyec o ha de lle a se a cabo en sesiones
obliga o ias de p ác icas, que se ealizan en
sesiones de dos ho as de du ación. Finalmen e
des acamos que es e p oyec o cub e
p ác icamen e odos los aspec os eó icos de
la asigna u a: egulado es de ensión,
ampli icación en pequeña señal y en g an señal
median e el uso de ansis o es y ampli icación
y il os median e el uso de ampli icado es
ope acionales.
La ealización de es e sis ema iene una
di icul ad impo an e: los alumnos deben i
comple ando su mon aje paso a paso,
man eniendo lo que han ido mon ando. Pa a
ello, el ma e ial eque ido pa a la ealización
de las p ác icas es mucho mayo al eque ido
habi ualmen e, donde una ez e minada la
p ác ica el alumno desmon a lo ealizado
pe mi iendo su eu ilización po pa e de o os
alumnos. En es a p ác ica cada alumno debe
man ene los mon ajes ealizados, pa a i
cons uyendo en sucesi as p ác icas el
sis ema comple o. Es o hace que se necesi e
ma e ial pa a cada alumno que ealice las
p ác icas y no po cada pues o de que se
disponga en el labo a o io. Ha de ene se en
cuen a que el núme o ap oximado de alumnos
que anualmen e ealizan es as p ác icas es de
80.
Po odo es o, se necesi a án como ma e ial
ex a, además de los componen es, placas de
p ueba, cables de conexiones simples (de
dis in os colo es y longi udes), cables de
conexiones con e minales ipo bananas y
pinzas de cocod ilo (en dis in os colo es),
con o mado es de componen es, alica es de
co e y pines de p ueba.

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Jiménez,C.J., López, A. y León, C.
5. P opues a de las p ác icas a ealiza .
Todas las p ác icas cons an de dos ases:
la p ime a, denominada es udio eó ico,
consis e en el análisis del ci cui o p opues o.
Es a ase la lle a a cabo el alumno como abajo
pe sonal en casa. Dicho análisis se ealiza de
acue do con los concep os y me odologías
desa ollados p e iamen e en las clases de
eo ía y p oblemas. Los alumnos deben
dispone de los esul ados del es udio eó ico
an es de ealiza la segunda ase, denominada
desa ollo expe imen al. Es a se lle a a cabo
en el labo a o io bajo la supe isión de un
p o eso y su con enido puede se de dos
ipos, en unción del abajo a ealiza po el
alumno en el labo a o io:
·P ác icas de simulación: el alumno iene que
c ea el esquemá ico del ci cui o, de ini los
análisis que hay que ealiza le y e alua los
esul ados de la simulación, con as ándolos
con los co espondien es del es udio eó ico,
comen ando las p incipales di e encias
obse adas. Los esul ados ob enidos en la
simulación se emplean pa a comple a el
es udio eó ico de una p ác ica de mon aje.
·P ác icas de mon aje: hay que mon a
ísicamen e el ci cui o en una egle a de
p o o ipos, ealiza dis in os ipos de medidas
sob e el mismo, lle a a cabo los cálculos
necesa ios pa a comp oba los esul ados del
es udio eó ico y comen a las di e encias más
signi ica i as obse adas con indicación de
sus causas p incipales.
Todas las p ác icas se ealizan de o ma
indi idual. Cada sesión de labo a o io iene
una du ación de 2 ho as, a cuya inalización,
el alumno en ega al p o eso el es udio eó ico
jun o con las medidas y cálculos ealizados
en el desa ollo expe imen al. Una ez
cali icados son de uel os al alumno en la
siguien e sesión de labo a o io.
En las p ác icas en las que se enga el
ampli icado de audio comple o, además se
lle a a cabo una comp obación “acús ica” de
la unción ealizada po el ci cui o
co espondien e. Pa a ello se u iliza como
uen e de sonido, la a je a de audio del PC.
La salida p ocesada es aplicada al ampli icado
de po encia clase B (p ác ica 5) y la salida de
és a se lle a a un al a oz. La Figu a 2 mues a
una de las egle as de p o o ipo una ez
comple adas odas las p ác icas po pa e del
alumno.
5.1. B e e desc ipción de las p ác icas.
Pa a alcanza el obje i o undamen al se ha
p og amado un conjun o de 10 p ác icas que
se lle an a cabo a lo la go de odo el cu so. El
lis ado de las mismas, jun o con el obje i o
especí ico de cada una de ellas, se p esen an
en la Tabla 1.
La empo ización de las p ác icas es á
coo dinada con las clases de eo ía y de
p oblemas, de modo, que cada p ác ica se
ealiza después de que los concep os y
me odologías necesa ios hayan sido
desa ollados.
Figu a 2. Regle a de p o o ipo con los
mon ajes ealizados po el alumno.
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Pixel-Bi . Re is a de Medios y Educación
En la p ime a p ác ica se enseña al alumno a
maneja las unciones básicas de un p og ama
de simulación de ci cui os elec ónicos. Es a
he amien a se á de u ilidad al alumno a lo
la go de odo el cu so, no sólo pa a
comp ende el uncionamien o de los dis in os
mon ajes que ealiza á en el labo a o io, sino
pa a comple a la comp ensión de los di e sos
ci cui os que se es udian en la asigna u a y
comp oba los esul ados de muchos de los
Tabla 1. Obje i o especí ico de cada p ác ica.
P ác ica Obje i os
1. Análisis de un
ci cui o analógico
usando Pspice
Desc ipción de ci cui os analógicos y
análisis en el dominio del iempo usando un
p og ama de simulación
2. Rec i icado de
onda comple a
Es udio de las ca ac e ís icas eales del
ec i icado de onda comple a
3. Regulado de
ensión
Es udio de las ca ac e ís icas eales del
egulado de ensión
4. E apa
ampli icado a
básica con
ansis o bipola
Mon aje de una e apa ampli icado a básica,
es udio de sus ca ac e ís icas y u ilización
como e apa de en ada en un ampli icado
de audio
5. Ampli icado
de po encia clase
B
Mon aje de un ampli icado de po encia
clase B, es udio de sus ca ac e ís icas y
u ilización como e apa de salida en un
ampli icado de audio
6. Ca ac e ís icas
es á icas del
ampli icado
ope acional
Es udio de algunas de las ca ac e ís icas
eales del ampli icado ope acional: ensión
de o se , co ien e de pola ización e
in ensidad de o se
7. Ca ac e ís icas
dinámicas del
ampli icado
ope acional
Es udio de algunas de las ca ac e ís icas
eales del ampli icado ope acional: iempo
de subida, sob edispa o y elocidad de
espues a. U ilización como con ol de
olumen en un ampli icado de audio.
8. Simulación de
un il o ac i o
Análisis en el dominio de la ecuencia de
un il o ac i o usando un p og ama de
simulación
9. Fil o ac i o Mon aje de un il o ac i o, es udio de su
espues a en ecuencia y u ilización como
con ol de ono en un ampli icado de
audio.
10. Simulación
del Oscilado
puen e Wien
Es udio de un oscilado senoidal basado en
ampli icado ope acional.
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Jiménez,C.J., López, A. y León, C.
ci cui os que se plan ean en los bole ines de
p oblemas.
En la segunda y e ce a p ác ica se es udian
los dos bloques básicos necesa ios pa a
consegui una ensión con inua a pa i de
o a al e na: el ec i icado y el egulado de
ensión. Es os dos mon ajes pod ían
emplea se pa a gene a las ensiones de
alimen ación necesa ias pa a los ci cui os de
las siguien es p ác icas.
La cua a p ác ica cons i uye la e apa de
en ada del ampli icado de audio. El ci cui o
elegido in eg a, además, el con ol de olumen.
La p ác ica quin a se co esponde con la e apa
de salida del ampli icado de audio, de modo
que, conec ada con la de la p ác ica an e io ,
nos da una p ime a e sión del ampli icado
de audio, pudiéndose comp oba
acús icamen e su uncionamien o.
En la p ác ica sex a se es udian las
ca ac e ís icas es á icas del ampli icado
ope acional. La sép ima p ác ica es una
a ian e de la e apa de en ada, basada en
ampli icado ope acional. Se in eg a en el
ampli icado de audio sus i uyendo a la e apa
de en ada ealizada en la p ác ica cua a.
En la oc a a p ác ica se simula un il o
ac i o empleado como e apa de con ol de
ono del ampli icado de audio. Se ap ende a
ealiza un análisis ecuencial a un ci cui o
analógico. En la no ena, se ealiza el mon aje
de la e apa de con ol de ono y se in eg a en
el ampli icado de audio. Finalmen e, en la
décima p ác ica se simula un oscilado iendo
como se lle a a cabo un análisis de Fou ie de
la señal gene ada.
5.2. Sa is acción de los alumnos.
En la úl ima sesión de labo a o io del cu so,
se pasó una encues a a los alumnos pa a
conoce su opinión espec o al conjun o de
p ác icas ealizadas. Como aspec os mejo
alo ados, des acan el apoyo p es ado po el
p o eso du an e la sesión en el labo a o io, el
iempo disponible pa a la ealización de los
mon ajes y el ma e ial disponible pa a el
desa ollo de las p ác icas.
Algunas de las cues iones menos alo adas
ue on la exis encia de solapamien o en los
con enidos con p ác icas de o as asigna u as,
y la conside ación de si lo ap endido se ía
alioso pa a su u u o p o esional.
6. Conclusiones
Se ha p esen ado el diseño de las p ác icas
de labo a o io de la asigna u a Elec ónica
Analógica con el obje i o de que los alumnos
ayan mon ando, en dis in as ases, un
ampli icado de audio, que es un sis ema
analógico de media complejidad. Con es e
diseño se han conseguido dis in os obje i os:
po un lado in oduci en las p ác icas de
labo a o io la me odología de diseño de
ci cui os elec ónicos, y po o o mejo a la
mo i ación de los alumnos con el mon aje de
un sis ema del que pueden comp oba de o ma
expe imen al su co ec o uncionamien o.
Desde el pun o de is a de los alumnos, ha
supues o una mejo a muy impo an e en su
mo i ación. No sólo po la necesidad de
consegui que el mon aje “ uncione de
e dad”, sino po que la p ueba expe imen al
de escucha el sonido de un al a oz y sabe
que ese sonido p ocede de un ci cui o que
ellos han cons uido iene un alo
insus i uible. Pa a los alumnos supone una
p ueba de ini i a de que los ci cui os
uncionan. C een po que han is o (en es e
caso po que han escuchado).
Desde la pe spec i a del p o eso y los
ayudan es de labo a o io ha supues o un
aumen o de abajo. Cuando en o as p ác icas
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Pixel-Bi . Re is a de Medios y Educación
se p epa a ma e ial pa a nue e alumnos
(núme o de pues os de abajo de los que
dispone el labo a o io), en es as p ác icas
hemos enido que p epa a ma e ial pa a
ochen a. Se han enido que soluciona
p oblemas de almacenamien o an o de los
componen es como, sob e odo, de odos los
mon ajes que los alumnos han ido ealizando,
con sus co espondien es e ique as.
7. Re e encias bibliog á icas
Jiménez, C.J.; López, A. y León, C. (2009).
Aplicación de una Me odología de
Ap endizaje Basada en P oyec os en P ác icas
Obliga o ias de Labo a o io. 17º Cong eso
Uni e si a io de Inno ación en Enseñanzas
Técnicas: Valencia.
Galena, L. (2006). Ap endizaje basado en
p oyec os. Re is a CEUPROMED. (h p://
ceup omed.ucol.mx/ e is a/Pd A /1/27.pd )
(2/11/2009).
Nagel, L.W. y Pede son, D.O. (1973). SPICE
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Uni e si y o Cali o nia: Be keley.
Fecha de ecepción: 04-03-09
Fecha de e isión: 24-03-10
Fecha de acep ación: 20-04-10
Fecha de publicación: 01-07-10