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Robótica en el AulaFrancisco J. Perea [email protected]
I.E.S. Ciudad Jardín de Málaga
Mª del Campo Relaño Olmo
I.E.S. Séneca de Córdoba
Resumen: Aplicación a la práctica docente de autómatas programables y pequeños robots que actualice la enseñanza de la asignatura de tecnología en los niveles de Enseñanza Secundaria Obligatoria y Bachillerato. Los alumnos construyen y programan diversas máquinas que resuelven los desafíos propuestos por el profesor, para lo cual han de manejar de manera teórica y práctica conceptos de distintas áreas de conocimiento. La construcción de las máquinas se realiza mediante piezas plásticas fácilmente ensamblables y la programación gracias a un software gráfico muy intuitivo a la vez que potente.
Palabras clave: robótica, construcción de autómatas programables, programación de robots, tecnología, enseñanza secundaria
Title: Robotics in the classroomAbstract: Robotics applications in the classroom for Secundary Education. Students build and program little machines so that they can solve a challenge. This way they have to manage with concepts and abilities of different knowledge areas. Building in done with plastics parts and programming through a personal computer.
Keywords: robotis, classroom, building, programming, technology, secondary education.
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Introducción
Es un hecho admitido en la sociedad actual que los aspectos tecnológicos forman parte de nuestra cultura y no pueden ser ignorados. La asignatura de tecnología intenta acercar esta realidad al alumno pues el niño de hoy tiene que desenvolverse en un medio tecnológico en constante evolución y desarrollo.
Sin duda, el método tradicional de la construcción de un proyecto es una de las actividades pedagógicas más completas para un adolescente, sin embargo, al desarrollarlo de forma tradicional (cortando y reensamblando piezas de distintos materiales) nos encontramos con que se pueden abarcar áreas de conocimiento limitadas. Una gran parte del tiempo se ocupa en construir estructuras, manipular materiales y herramientas ya conocidas, que no siempre se encuentran en las mejores condiciones dentro del aula taller.
Por otra parte muchos de los contenidos teóricos que se pretendían exponer y aplicar en el proyecto no llegan a funcionar ya que surgen pequeños problemas estructurales o de construcción, por lo que se deben adoptar otras soluciones menos complejas y, a veces, el proyecto queda inacabado.
Aunque no dudamos de la eficacia del método de proyecto de construcción, con la aplicación en el aula de autómatas programables solucionamos estos problema, ya que al contar con todas las piezas de construcción preelaboradas, el montaje de la estructura se hace más rápido eliminando del proceso la problemática del ajuste de piezas, centrándonos solo en el diseño y programación de la idea.
Los jóvenes de nuestros días viven rodeados de aparatos altamente tecnológicos y difícilmente se sienten atraídos por mecanismos simples. Los autómatas representan para ellos un elemento tecnológico de enorme atractivo al estar muy próximo al tipo de dispositivos que ellos manejan a diario. Además al programarse a través de un ordenador personal, les resulta más interesante aún.
Conseguimos pues introducir los autómatas en el aula, acercando a los alumnos a la realidad tecnológica que les toca vivir y actualizando de alguna manera el currículo de una asignatura que no corre tanto como sus avances. Junto a ello y desafiándolos intentamos que nuestros alumnos desarrollen una actitud favorable hacia el área de Tecnología y hacia todas las enseñanzas de carácter científico.
Mediante el uso de estos robots nuestros estudiantes están introduciéndose en la ingeniería presente en cualquier cadena de producción o dispositivo robóticos de los que encontramos en las industrias tecnológicas o en nuestras propias casas o coches.
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Experiencia con 3º de E.S.O.
El éxito de los autómatas programables como herramienta didáctica está más que certificada por numerosos centros de enseñanza de todos los niveles educativos y nosotros lo hemos podido comprobar en el curso 2005/06, pues de forma experimental la utilizamos en varios grupos de 3º de E.S.O. durante un mes.
El proyecto se llevó a cabo con siete grupos. La duración del mismo fue de cuatro semanas.
Al principio de cada clase se planteó un desafío a cada grupo de alumnos, mostrándoles las herramientas que podían utilizar para su resolución. Los alumnos debían resolver el desafío en las dos horas de clase que hay a la semana.
Evidentemente la complicación de los desafíos aumentaba a medida que transcurrían las semanas y el alumno se familiarizaba y adquiría destreza en los procesos de construcción y en el lenguaje de programación.
Dada la breve duración del proyecto, en relación con todas sus posibilidades, escogimos los desafíos intentando que el alumno adquiriese una visión global de la herramienta, del ordenador como instrumento de control de un artilugio mecánico, para ello el alumno adquirió los conceptos fundamentales de robótica y aprendio el manejo de los robots programables.
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Secuenciación del trabajo
Los desafíos y actividades que planteamos a los alumnos fueron:
1ª semana● Conceptos trabajados: Inventario y reconocimiento de piezas que componía el
equipo de robótica. Aprendizaje del lenguaje de programación en modo básico
● Desafío: construcción de un robot que siga el perímetro de una caja de tamaño definido.
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2ª semana● Conceptos trabajados:Aprendizaje del lenguaje de programación modo avanzado.
● Desafío de construcción: Diseño de un vehículo que se mueva sobre dos ruedas solamente. (la imaginación al poder)
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3ª semana● Conceptos trabajados: Sensores. El sensor de luz.● Desafío: Diseño de un vehículo que siga el circuito definido por una línea negra ( un
seguidor de líneas). Se plantea el desafío con un sensor de luz y una vez conseguido, con dos sensores de luz.
● Conceptos trabajados: Bifurcaciones y Programación condicional.● Desafío de construcción y de programación: Diseño de una máquina clasificadora de
ladrillos. Una máquina que almacena en lugares distintos, piezas de distintos colores. A los alumnos se les plantea ladrillos verdes y amarillos.
Metodología de las sesiones
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La metodología de trabajo para el uso del laboratorio de robótica en el aula, sea cuál sea el desafío propuesto, es la siguiente: ● Planteamiento del desafío a los alumnos. Previamente se habrán tratado en clase todos
los conceptos teóricos necesarios para su resolución.
● Análisis del problema: Lluvia de ideas (brainstorming).
● Si es necesario se ayuda a los alumnos aportando e indicando distintos caminos e identificando el problema con los contenidos vistos.
● Se reparten tareas entre los miembros del equipo. Los cuatro miembros del grupo se dividirán en dos grupos: el equipo de construcción y el equipo de programación, rotativos entre si. Además cada miembro del grupo será encargado de realizar una función específica:
● Especialista en Materiales y por tanto de todos los elementos de construcción.
● Especialista en Comunicación, encargado de redactar el diario de trabajo.
● Especialista en Información que analiza y distribuye la información que llega al equipo.
● Coordinador de grupo que supervisa el desarrollo del trabajo según lo programado.
● Construcción de la solución.
● Programación del autómata.
● Prueba y evaluación.
● Conclusión de los diarios de trabajo y elaboración de la memoria del desafío.
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Perspectiva didáctica de la herramienta
Tras la aplicación en el aula de la herramienta destacamos, desde una perspectiva didáctica, las siguientes características:
● Se aprenden de forma lúdica conceptos técnicos, ya que usando motores y sensores, los estudiantes están aprendiendo conceptos como retroalimentación y control. Programando el comportamiento de un robot los estudiantes tienen que entrar en la mente del robot, pensar en cómo se piensa. Construyendo la estructura de un robot los estudiantes aprenden intuitivamente conceptos como estabilidad estructural, ventajas mecánicas y relación de transmisión.
● Fomentar las habilidades sociales, ya que trabajar en grupo ofrece oportunidades de desarrollar habilidades de comunicación entre los miembros del grupo, desarrollando el sentido de la comunicación entre estudiantes. Se tocan diversas áreas del conocimiento, investigando, escribiendo y trasmitiendo contenidos relacionados con las áreas de las ciencias las matemáticas, la arquitectura y la ingeniería.
● Desarrollar la autonomía y la iniciativa personal, aprovechando el interés natural del alumno en crear, construir e inventar motivándole a aprender, a investigar y pensar.
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Principios de trabajo
Los principios bajo los que se ha trabajado a la hora de aplicar la herramienta han sido:
● Los estudiantes deben ser responsables de su aprendizaje. Deben aprender a aprender.
● El proceso es a menudo más importante que el resultado.
● La experimentación es muy importante, tanto por parte del profesor como de los alumnos. A veces nadie conoce la respuesta correcta.
● Los estudiantes deben disfrutar aprendiendo y trabajando juntos en equipo,educándose en valores.
● Aprender de situaciones reales y cercanas es mejor que analizar situaciones lejanas y teóricas.
El potencial de aplicación de esta herramienta es, como vemos, ilimitado. Sin embargo para desarrollarlo al máximo es necesario:
● Adquirir conocimientos de informática, a través de la programación de robots, con un software moderno y así conseguir alcanzar las tareas asignadas, manejando sucesos y comunicaciones.
● Uso de Internet para participar en las actividades “on line”.
● Desarrollar habilidades de construcción: materiales, estabilidad, rigidez, movimiento de robots. Y contar con conocimientos de mecánica, fuerzas y momentos, diferenciales, movimiento de robots, eje motriz,.. así como con conocimientos electrónicos, sensores de luz y de contacto, intensidades, impedancias, etc.
Además de las ventajas de tipo curricular e integración de currículo ya mencionadas, no queremos de dejar de destacar otras, tales como:
● A los estudiantes les gusta jugar con ellos, con la importancia que ello conlleva por la motivación de los alumnos y la disponibilidad de “pasar el tiempo jugando con ellos”
● Potencian la creatividad, tanto por parte del estudiante como del profesor, ya que las prácticas puede cambiar cada año sin la compra de un nuevo material.
● Se interacciona con el ordenador de modo que podemos hacer que parezca que nuestros proyectos viven.
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Estado Actual del Proyecto
Durante el presente curso 2006/07 y el próximo 2007/08 en los respectivos centros de los autores se llevará a cabo de manera experimental la aplicación de esta herramienta a los niveles de 3º de E.S.O y 1º de Bachillerato, al amparo y subvención de un proyecto de innovación educativa concedido por la Consejería de Educación y Ciencia de la Junta de Andalucía.
A lo largo de estos dos años los alumnos de ambos centros y de distintos niveles educativos se formarán en el uso de estos autómatas y al final de cada curso se mantendrán unos encuentros en los dos centros que muestren las habilidades conseguidas por los alumnos.
Actualmente se están elaborando materiales didácticos nuevos que permitan cubrir una mayor cantidad del currículo de Tecnología en Secundaria y Bachillerato aplicando los robots.
Con la realización de este proyecto pretendemos alcanzar los siguientes objetivos:
● Introducir un cambio metodológico en las enseñanzas de tecnología a través de la introducción del laboratorio de robótica, y conseguir adaptarnos mejor a las necesidades individuales de los alumnos.
● Posibilitar al alumno una mejor comprensión de los principios en los que se apoyan las distintas ingenierías.
● Incorporar en la práctica docente el uso de las nuevas tecnologías.
● Fomentar las habilidades sociales del alumnado a la vez que su autonomía en el aprendizaje.
● Incentivar el trabajo en grupo y la distribución de responsabilidades en el seno del mismo, de modo que todos los alumnos trabajen para conseguir un objetivo común.
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Conclusiones y respuestas del alumnado
La aplicación de la robótica en el aula de los niveles de secundaria supone un acercamiento de los alumnos a la realidad tecnológica de nuestros días.
El método empleado y el interés de los alumnos ha permitido trabajar los conceptos de una forma mucho más participativa y activa.
Los alumnos se divierten enormemente y hacen que su aprendizaje se convierta en un juego. La utilización de robots en clase permite en definitiva aprender jugando.
Tras el uso de los autómatas en el aula durante la aplicación experimental de la herramienta en el curso 2005, se les ofreció a los alumnos y a lumnas la posibilidad de resumir brevemente su percepción de la experiencia y estos fueron algunos de sus comentarios:
“La actividad de robótica fue una actividad en la que prendí bastante. Esta actividad debería estar presente en todos los centros. Lo que más me gustó fue la parte de construcción. También al ser en grupo he aprendido a trabajar en equipo”. M.M. 3º E.S.O.
“Me ha parecido una experiencia muy divertida, porque es mejor saber sobre ese tema utilizando el ordenador y construyendo y no dándolo como todos los temas. Además las clases se pasaban en “na””. F.O.3º E.S.O.
“Me ha parecido una actividad interesante y divertida . El único inconveniente que he encontrado ha sido el poco tiempo que hemos estado con los robots, ya que todos no hemos podido pasar el suficiente tiempo construyendo y programando robots”. M.M. 3º E.S.O.
“Fue una experiencia nueva, ya que en los años que llevo nunca habíamos hecho una actividad parecida”. P. P. 3º E.S.O.
“Es una de las mejores formas de aprender porque no se hace pesado y es más divertido, además te “picas” con los compañeros para ver quién es el primero en superar los desafíos propuestos. Mi opinión personal es que aprendí bastante, me ayuda a conocer más a mis compañeros y me lo pasé bien”. L.V. 3º E.S.O.
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Bibliografía
WANG, Eric L. Wang. Department of Mechanical Engineering. University of Nevada Reno. October 2002. Engineering with LEGO Bricks and Robolab th. The official guide to Robolab.
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