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LOS ROBOTS EN AMBIENTES EDUCATIVOS
HORACIO DORIA BELLO
Correo: [email protected]
Institución Educativa San José de Carrizal (San Carlos)
RESUMEN
Este proyecto se realizó en la Institución Educativa San José de Carrizal, del
municipio de San Carlos, entre los meses de abril a octubre de 2017, con el
objetivo de “Establecer la contribución de la robótica como estrategia pedagógica
en la promoción del aprendizaje significativo y el desarrollo de competencias de
los estudiantes de los grados 8, 9 y 10, en las aéreas de matemática, física y
tecnología e informática. Se trabajó con una muestra de 100 estudiantes
seleccionados mediante una convocatoria pública, es decir, participaron por
voluntad propia. Es un estudio de corte cualitativo, con método de investigación-
acción, desarrollado en tres etapas: diagnóstica, diseño-aplicación y valoración.
Los resultados dan cuenta de la importancia del trabajo por proyectos, de carácter
colaborativo, que integra la teoría y la práctica de manera situada y concreta, en
este caso, en la elaboración de prototipos de robots con diferentes características
y funciones, aplicando conocimientos de matemáticas, física y tecnología e
informática, además de conocimientos de sus propias experiencias de vida.
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1. Descripción de la población.
1.2. Planteamiento de la pregunta problema o de investigación y su justificación en términos de necesidades.
Respecto del problema concreto del cual parte este estudio se precisa que el rendimiento académico de los estudiantes en las áreas de matemática, física y tecnología e informática era muy deficiente, entre otras, por las siguientes situaciones:
Según las maestras de matemática, los alumnos presentaban bajo rendimiento académico, de manera reiterada, debido a dificultades en las competencias de comunicación, razonamiento y resolución de problemas; se les dificulta el despeje de variables en las ecuaciones, realizar cálculos mentales, el uso de instrumentos para realizar mediciones, realizar construcciones con el uso de reglas y compás.
La profesora de física comentaba que los estudiantes mostraban poco interés en las clases teóricas por la falta de comprensión, debido a que no detallaban los objetos para su interpretación por la distracción en clase.
En el área de tecnología e informática, una de las dificultades más pronunciadas de los alumnos es la parte teórica, debido a que muestran poco interés por comprender e interpretar los conceptos; los alumnos pretenden realizar prácticas en los computadores sin leer el material teórico, dificultando la ejecución de las actividades programadas en los computadores. Además, no leen los mensajes que las aplicaciones presentan en sus menús y mucho menos las ayudas que pueden ser de mucha utilidad al momento de realizar las prácticas de actividades como creaciones de texto en Microsoft Word, creaciones de presentaciones en PowerPoint y manejo de hoja de cálculo en Excel en los computadores.
La otra variable del problema está referida a la falta de propuestas metodológicas por parte de los docentes. Propuestas que ofrezcan otras formas de trabajo más dinámicas y contextualizadas con los intereses de los estudiantes y acorde con las condiciones actuales de la escuela en cuanto a disposición de recursos.
Con base en la problemática planteada, y atendiendo a la necesidad de mejorar tanto a nivel teórico como práctico los estudiantes de la Institución, el maestro investigador de este proyecto se planteó la siguiente pregunta de investigación:
¿Cuál es la contribución de la robótica cómo estrategia pedagógica en el
desarrollo de competencias de los estudiantes de grado 8, 9, y 10 en las áreas
de matemática, física y tecnología e informática, en la Institución Educativa San
José de Carrizal?
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2. Justificación
En la actualidad el “boom” alrededor de la economía creativa, el emprendimiento y los desarrollos tecnológicos, impone retos a la manera en la que vemos la educación. Por ello, en este proyecto se hace énfasis en el manejo de las herramientas electrónicas y mecánicas para la compresión de las áreas de matemática, física y tecnología e informática, que permitan aclarar y profundizar los conocimientos adquiridos; teniendo en cuenta habilidades y destrezas; despertando curiosidad, interés y la capacidad para diseñar modelos robóticos, y de esta manera generar una constante motivación hacia el aprendizaje del desarrollo tecnológico en los estudiantes de los grados octavo, noveno y décimo.
Del mismo modo, esta investigación es importante porque permitió crear el semillero de robótica con los estudiantes, con el propósito de complementar el proceso de aprendizaje que promueva la adaptación, comprensión y uso significativo de la tecnología, integrando como metodología el aprendizaje colaborativo, el cual brinda a los estudiantes la experiencia de construir conocimiento en equipo, la oportunidad de aplicarlo en su cotidianidad, de involucrar otros miembros de la familia o de la comunidad y orientar el trabajo hacia la realización de ejercicios prácticos que puedan ser utilizados para la resolución de necesidades específicas de su entorno. El presente proyecto aportará a la formación de una generación de niños y jóvenes sensibilizados con el desarrollo actual de la ciencia y la tecnología, conscientes del potencial creativo y de aprendizaje que poseen, propiciando ambientes de aprendizaje óptimos para la creación, la innovación de ideas y valores que puedan ser transferido a la cotidianidad.
3. Objetivos
3.1. General
Establecer la contribución de la robótica como estrategia pedagógica en la promoción del aprendizaje significativo y el desarrollo de competencias de los estudiantes de los grados 8, 9 y 10 de la I.E San José de Carrizal en las aéreas de matemática, física y tecnología e informática.
3.2. Objetivos Específicos.
Diagnosticar los niveles de competencias de los estudiantes de los grados 8, 9 y 10 en las áreas de matemática, física y tecnología e informática.
Diseñar y aplicar estrategias pedagógicas mediadas por la robótica para desarrollar las competencias que permitan el aprendizaje significativo de los estudiantes, en las matemática, física y tecnología e informática.
Valorar los avances en los niveles de competencias de los estudiantes en las
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aéreas de matemática, física, tecnología e informática, después de aplicar las estrategias pedagógicas mediadas por la robótica.
4. Fundamentación teórica.
4.1. Antecedentes.
En la ESCUELA DE INGENIERÍA DE ANTIOQUIA DE ENVIGADO, Colombia se
registra el trabajo del investigador Brian Moreno Betancur y Esteban Velásquez
Toro (2013), titulado “Prototipo de mano mecatrónica para aplicaciones en
robótica industrial”. Este trabajo tuvo como objetivo, Diseñar y construir un
prototipo de mano mecatrónica, controlada por un guante instrumentado, a fin de
probar su capacidad de maniobrabilidad y agarre en volúmenes geométricos,
realizado, el estudio se abordó a través de una metodología que incluye tres (3)
etapas, con el desarrollo de actividades incluidas. Dentro de los resultados de esta
investigación se destacan: la mano mecatrónica construida tiene la capacidad de
manipular volúmenes geométricos y soportar una carga considerable, toda vez
que con base al diseño de detalle elaborado, se construyeron las piezas idóneas
para la correcta funcionalidad del prototipo.
De otro lado en la Corporación Universitaria Republicana de la ciudad de Bogotá
Colombia se referencia el trabajo de la investigadora Evelyn Garnica Estrada
mayo de (2013), titulado “Robots Herramientas para las Aulas de Clase”. Este
trabajo tuvo como objetivo, Utilizar los robots como herramientas de aprendizajes
a través de plataformas robóticas multifunción en las aulas de clase. La
investigación se abordó a través de una metodología conductista, cognitivista,
constructivista y el conectivista.
Así mismo en la Universidad Pedagógica y Tecnológica de Colombia se registra el
trabajo del investigador Nelson Barrera Lombana (2014), titulado “Uso de la
robótica educativa como estrategia didáctica en el aula”. Este trabajo tuvo como
objetivo, motivar a los estudiantes y a los educadores para que formulen y
apliquen estrategias educativas innovadoras que utilicen como instrumento
didáctico plataformas robóticas y dispositivos tecnológicos que hayan concluido
su vida útil. El estudio se aplicó a través de una metodología de corte cualitativo,
de investigación-acción en el aula, propuesto por Kurt Lewin (Flick, 2004). Dentro
de los resultados de esta investigación se destacan los siguientes aspectos: se
establecieron la unidades de sentido deductivas, que a su vez se componían de
sub-categorías deductivas que fueron clasificadas en tres grandes categorías, así:
a) unidad de sentido psicológica que se compone de las categorías actitudinal,
emocional y motivacional; b) unidad de sentido intelectual, integrada por las
categorías interpretativa, argumentativa y propositiva; y c) unidad de sentido
sociológica, compuesta de las categorías inclusiva y cooperativa.
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A nivel internacional se registra el trabajo del investigador Alfredo Gabriel Rivamar
(2011), titulado “Roboeduca: red de robótica educativa. Un espacio para el
aprendizaje constructivista y la innovación”. Este trabajo tuvo como objetivo,
realizar proyectos en los que mediante el diseño, la construcción y la
programación de robots los estudiantes puedan, por una parte, visualizar, explorar
y comprobar conceptos de razonamiento de las áreas de conocimiento
involucradas, y por la otra, formular y experimentar alternativas para solucionar
problemas o realizar tareas. Se busca además, estimular el desarrollo de
habilidades para trabajar colaborativamente con sus compañeros y para tomar
decisiones como equipo, esto se refiere a poder escucharse, a discutir y a respetar
las ideas y opiniones de otros, realizado en la Institución: ISFD y TN° 1003
“Normal Superior de Argentina. El estudio se abordó a través de una metodología
A-Modalidad 1 a 1: En el marco de pensar el ingreso de las TIC en las
Instituciones educativas en relación con nuevos saberes y como respuestas a
ciertas demandas del mundo del trabajo.
En concordancia con lo anterior, un balance de estos trabajos que permitió ubicar
este proyecto en el sentido de que aborda aspectos distintos de la robótica, en
cuanto usa la robótica para el desarrollo de competencias significativas y mejorar
el aprendizaje, generar situaciones de rendimiento, de aplicación y participación
más efectiva en los procesos de formación integral de los estudiantes involucrados
en la investigación, porque muestra que la robótica educativa aplicada como
estrategia pedagógica en las áreas de matemática, física y tecnología e
informática promueve el desarrollo de competencias lógicas en los sistemas
numéricos, sistemas geométricos y en los sistemas de cómputos en programación
básica de Arduino.
4.1.2. Marco conceptual
La Robótica.
La robótica es la ciencia y la tecnología de los robots. Se ocupa del diseño,
manufactura y aplicaciones de los robots. La robótica combina diversas
disciplinas, como son: la mecánica, la electrónica, la informática, la inteligencia
artificial y la ingeniería de control.
La robótica es el bum de la tecnología moderna incluida en el campo educativo,
que se puede definir como la ciencia y la tecnología de los robots. Se ocupa del
diseño, manufactura y aplicaciones de los robots. La robótica combina diversas
disciplinas como son: la mecánica, la física, la electrónica, la informática, la
inteligencia artificial y la ingeniería de control, teniendo como base fundamental la
corriente eléctrica, los sistemas mecánicos, los sistemas electrónicos como
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sensores ópticos, de ultrasonido, infrarrojos, magnéticos, de proximidad,
resistencias, motores, circuitos eléctricos como generadores, conductores, de
control y de protección que se utilizan para crear movimientos a los robots, bajo
estas perspectivas nuestro proyecto guarda relación con el proceso de
enseñanza-aprendizaje de estos mecanismos puesto que se utiliza la
programación de microchip de memorias para que ejecuten las ordenes de
movimientos programadas a cada robots, juegos de luces, alarmas construidas. El
desarrollo de este proyecto está basado en la placa electrónica Arduino con su
respectivo lenguaje de programación donde los estudiantes aprenden a darle
órdenes a cada robot para que estos la ejecuten una vez terminados.
Automatización.
El término automatización se refiere a una amplia variedad de sistemas y procesos
que operan con mínima o sin intervención del ser humano, o para eliminar riesgos
para la manipulación humana.
Arduino.
Arduino es una plataforma de hardware y software de código abierto, basada en
una sencilla placa con entradas y salidas analógicas y digitales, en un entorno de
desarrollo que está basado en el lenguaje de programación Processing. Es decir,
una plataforma de código abierto para prototipos electrónicos. Al ser open source,
tanto su diseño como su distribución, puede utilizarse libremente para el desarrollo
de cualquier tipo de proyecto sin necesidad de licencia.
El proyecto fue concebido en Italia en el año 2005 por el zaragozano David
Cuartielles, ingeniero electrónico y docente de la Universidad de Mälmo (Suecia) y
Massimo Banzi, italiano, diseñador y desarrollador Web.
Circuito Eléctrico.
Un Circuito Eléctrico es un conjunto de elementos conectados entre sí por los
que puede circular una corriente eléctrica".
La corriente eléctrica es un movimiento de electrones, por lo tanto, cualquier
circuito debe permitir el paso de los electrones por los elementos que lo
componen.
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El Protoboard o Breadbord.
De acuerdo a la página Web “http://www.circuitoselectronicos.org1” El
protoboard o breadbord: Es una especie de tablero con orificios, en la cual se
pueden insertar componentes electrónicos y cables para armar circuitos. Como su
nombre lo indica, esta tableta sirve para experimentar con circuitos electrónicos,
con lo que se asegura el buen funcionamiento del mismo.
Máquina Compuesta.
Según Maroto, (s.f, paginas 2,3) las máquinas compuestas son combinaciones de
estos 6 tipos de máquinas simples, que están formadas por dos o más máquinas
simples. Las máquinas empleadas en la actualidad son compuestas, y ejemplos
de ellas pueden ser: polipasto, motor de explosión interna (diesel o gasolina),
impresora de ordenador, bicicleta, cerradura, lavadora.
PICmicro
Un PICmicro es un circuito integrado programable. Microchip, su fabricante dice:
Programable Integrated Circuit. Programable quiere decir que se puede planificar
la manera cómo va a funcionar, que se puede adaptar a nuestras necesidades. En
otras palabras que el integrado es capaz de modificar su comportamiento en
función de una serie de instrucciones que es posible comunicarle. PIC Y
PICMICRO para todos los fines prácticos describen el mismo microcontrolador ya
que en 1997 Microchip registró el nombre PICMicro para su línea de
microcontroladores. Las aplicaciones de los PIC son realmente muy numerosas.
Sensores.
Un sensor es un dispositivo capaz de detectar magnitudes físicas o químicas,
llamadas variables de instrumentación, y transformarlas en variables eléctricas.
Las variables de instrumentación pueden ser por ejemplo: temperatura, intensidad
lumínica, distancia, aceleración, inclinación, desplazamiento, presión, fuerza,
torsión, humedad, pH.
1 http://www.circuitoselectronicos.org
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5. Metodología
5.1 Tipo de Investigación
Este es un estudio de tipo cualitativo con un diseño de investigación-acción, que
es un método de trabajo que favorece la acción colectiva y participativa de los
actores que en ella intervienen como por ejemplo: el trabajo, participativo que se
realizó a partir de la organización de semilleros de investigación con estudiantes.
Este diseño comprende las siguientes fases:
5.3.1 Fase diagnóstica: tuvo como propósito identificar los niveles de
competencias que tenían los estudiantes de los grados 8, 9 y 10 en las áreas de
matemática, física y tecnología e informática. Se utilizó como técnica la revisión de
los informes académicos bimestrales de 2015 y 2016 emitidos por los maestros de
las áreas de matemática, física y tecnología e informática y por los resultados de
las pruebas saber en los procesos sintéticos de calidad educativa.
5.3.2 Fase de diseño y aplicación: consistió en la elaboración de las estrategias
pedagógicas mediadas por la robótica para desarrollar las competencias que
permitan el aprendizaje significativo de los estudiantes, en las matemática, física
y tecnología e informática. Se usaron técnicas como: guías de electrónica
básica, con el propósito de que los alumnos se apropiaran de conceptos básicos
sobre el manejo, uso y aplicabilidad de conocimientos en el diseño y armado de
circuitos electrónicos en la construcción de juegos de luces, alarmas y robots,
utilizando placas electrónicas de Arduino y de ensamble; guías de programación
con Arduino: con la finalidad de programar los chips de memorias, los sensores
de ultrasonidos y sensores infrarrojos con la ejecución de comandos de órdenes
transmitidas por un computador a la placa de Arduino para realizar movimientos
en diferentes direcciones que los robots las reciban y las ejecuten.
Diario de campo: Se utilizó con el fin de sistematizar detalladamente las
experiencias que los alumnos iban obteniendo a medida que se avanzaba en el
proceso teórico-práctico de la investigación y obtención de productos.
5.3.3 Fase de Valoración: en esta fase se analizaron los avances y limitaciones
del estudio en relación con los niveles de competencias de los estudiantes en las
áreas de matemática, física, tecnología e informática, después de aplicar las
estrategias pedagógicas mediadas por la robótica, se establecieron los siguientes
instrumentos de valoración, se usaron las siguientes técnicas:
Diario de campo: aquí se retomaron las limitaciones y los avances anotados en
cada sesión que tuvieron los estudiantes durante el proceso de capacitación
teórico-práctico de diseño, armado y programado con el software de la plataforma
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Arduino de los juegos de luces, alarmas y robots.
Mesa Redonda: a partir de unas preguntas guías elaboradas por el maestro,
previamente, se abrió el debate para discutir las limitaciones y avances en el
desarrollo de las actividades que fueron programadas en las sesiones de clase y
determinar que estrategias se podían implementar para superar las dificultades y
mejorar las competencias de los alumnos en las áreas de matemática, física y
tecnología e informática
6. Resultados
6.1. Fase Diagnóstica.
Los resultados de esta fase diagnóstica se describen por grados, de acuerdo con
las dos áreas especificadas arriba.
En primer lugar, los resultados arrojados por el rendimiento académicos para 2016
de los estudiantes de grado octavo (8°) en el área de matemática se evidencia que
el 10% de los estudiantes tuvieron un rendimiento académico, bajo de acuerdo
con los informes académicos bimestrales presentado por los profesores del área,
que con relación al sistema evaluativo institucional se ubican en la escala
valorativa de 1 a 2,9 (bajo) y 88% ubica de en un nivel básico de 3 a 3.9; y el 2%
se ubica de 4 a 4.9 en un nivel alto, sin llegar en un mínimo porcentaje al nivel
superior, dejando entrever deficiencias existente de los estudiantes en esta área.
De igual forma, en el grado (8°), en el área de Tecnología e Informática, el 6% de
los estudiantes tuvo un rendimiento académico bajo. De acuerdo con la escala
valorativa del sistema general de evaluación de la institución, el 90% se ubica en
el nivel básico y un 4% se ubica en el nivel alto, quiere decir que el 94% de los
estudiantes de grado octavo no pudieron superar los niveles mínimos de
competencias establecidos por la institución.
Bajo estas perspectivas en el año 2016 el desarrollo de las competencias de los
estudiantes de grado octavo fueron básicamente deficientes en su aprehensión,
poco interés, desmotivación, tal vez se debió a que los docentes no aplicaron las
estrategias pedagógicas que les permitiera avanzar en el proceso de enseñanza-
aprendizaje de sus estudiantes.
Para el grado noveno (9º), el rendimiento académico en el área de matemática en
el año 2016 con relación a los estándares básicos del sistema evaluativo
institucional se ubica un 10% en el nivel bajo, un 85% en el nivel básico y un 5%
en el nivel alto, sin que se llegara a un mínimo en el nivel superior, en el área de
matemática, que cobró la pérdida del año a los estudiantes, dejando al cuerpo de
profesores y directivos bastante preocupados, en relación con que si en realidad
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se están aplicando estrategias pedagógicas que demuestren efectividad para que
los estudiantes alcancen las competencias necesarias y superen sus dificultades
en esta área
De igual manera la prueba SABER arrojó resultados bastante preocupantes ya
que en el año 2016 el 30% de los estudiantes se ubicaron en la escala valorativa
del ICFES en insuficiente, el 56% en la escala mínima, el 15% en la escala
satisfactorio y 0% en la escala avanzado de acuerdo al índice sintético de calidad
educativa. Así se representa en la siguiente tabla:
INSUFICIENTE MÍNIMO SATISFACTORIO AVANZADO
Fuente: tomada de la página web ICFES.GOV.CO.
Como se puede notar en la gráfica, los resultados de Prueba SABER en el área
de matemática de grado noveno, no se han podido nivelar con los puntajes del
Departamento de Córdoba y los puntajes promedios nacionales. Lo único que sí
se ha podido superar es el promedio del Municipio de San Carlos, con relación a
las demás instituciones educativas que ofrecen el servicio público educativo en
este municipio.
Analizando los resultados del informe académico bimestral presentado por el
profesor del área de tecnología e informática en el grado noveno del año 2016
con relación a los estándares básicos del sistema evaluativo institucional se
encontró que un 10% de los estudiantes reprobaron el año escolar, ubicados en
un nivel bajo, de 1 a 2,9 en la escala evaluativa institucional; un 88% en el nivel
básico; y un 2% en el nivel alto, sin que se muestren avances significativos
superiores, que es el máximo nivel evaluativo establecido por la institución en el
currículo,
De la misma forma los resultados obtenidos en grado décimo en el área de
matemática se observó que en un 89% de los estudiantes tuvieron un rendimiento
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académico básico, no superando el mínimo del sistema evaluativo de la
institución, y un 5% con un nivel bajo en la escala valorativa de 1 a 2.9 en 2016,
sumado a la deserción escolar que fue del 6%: Esto quiere decir que,
posiblemente, las prácticas educativas tradicionalistas aplicadas por los docentes
presentan deficiencias en el proceso de enseñanza-aprendizaje en esta área.
Observando los resultados académicos en el área de física en grado décimo se
estableció que el 3% de los estudiantes para el año 2016 tuvieron rendimiento
académico bajo de acuerdo a la escala valorativa que va de 1 a 2.9, un 95% se
ubicó en la escala valorativa de 3 a 3.9 en el nivel básico, un 2% se ubicó en el
nivel alto, de 4 a 4.5, como se puede apreciar los resultados académicos
obtenidos por los estudiantes en esta área no ha sido satisfactorio para alcanzar
los niveles medios de las competencias que debieran tener los alumnos en este
grado.
Así mismo en el área de Tecnología e Informática los resultados en el rendimiento
académico bimestral, se pudo constatar que un 2% estuvo por debajo del mínimo
necesario para alcanzar los objetivos, es decir, que se ubicaron en la escala
valorativa del sistema de evaluación institucional en un nivel bajo de 1 a 2.9 y un
95% en el nivel básico en la escala 3 a 3.9 y el 3% se ubicó en el nivel alto de la
escala valorativa, no alcanzando el nivel superior, esto demuestra que las
estrategias pedagógicas que se vienen aplicando no permiten desarrollar en los
estudiantes sus capacidades para superar sus dificultades en el desarrollo de
competencias y potencialidades en los procesos cognitivos de los estudiantes.
En conclusión, se observa que en las tres áreas se vienen desarrollando desde
una visión tradicionalista, según la cual los docentes que enseñan estas áreas
aplican estrategias metodológicas, en las que el maestro es el que explica la clase
y los alumnos repiten el conocimiento, es decir, que hay poca creación de
conocimiento nuevo que generen los estudiantes para compartir criterios de
discusión sobre temas desarrollados en clase. De esta forma, la evaluación de los
estudiantes es limitada, ya que depende en su gran mayoría de preguntas directas
con temáticas repetitivas que no ponen a pensar al alumno sobre circunstancias
más allá de la lectura de un texto, cuando se realizan talleres con preguntas de
análisis crítico. La solución de situaciones problémicas, se les dificulta debido a
que es poca la agilidad mental para resolverlos, y si son exámenes tipo prueba
saber se observa la dificultad que poseen para interpretar y dar respuesta a las
preguntas de forma acertada.
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6.2. Fase de diseño y aplicación
Los resultados de esta fase, con base en la aplicación de las dos guías de trabajo
explicadas arriba son los siguientes:
6.2.1. Resultados de la primera guía.
De esta forma la guía de electrónica básica se orientó y
explicó para que los estudiantes comenzaran a
construir en primer lugar un circuito electrónico Básico
de encender y apagar un LED con cables, protoboard,
resistencias, bombillas LED y tarjeta Arduino.
Los alumnos trabajaron en equipo, donde cada uno aportó ideas del diseño del
circuito para armarlo. Una vez armado, un
alumno inserta el códec de programación de
la computadora a la tarjeta Arduino, donde
van las órdenes para encender el LED,
Después los alumnos agregaron un Suiche
en serie entre la resistencia y el led, teniendo
como resultado que al presionar el suiche se
enciende el led y al soltarlo este se apaga.
Como segunda actividad se construyó un circuito electrónico que simulara un
semáforo utilizando los siguientes materiales:
Arduino, Protoboard, 1 Led Verde, 1 Led Amarillo, 1 Led Rojo, 3 Resistencias
330 ohm y Varios cables.
Los alumnos en grupo comenzaron a identificar
en el diseño del circuito dónde iban a conectar
cada cable de la tarjeta Arduino a la protoboard:
entradas positivas y negativas. Una vez ubicados
los cables, conectaron las bombillas led en la
protoboard indicando cada contacto de acuerdo
al diseño, y conectaron las resistencias
necesarias. En este caso, utilizaron 3
resistencias, una por cada led. Una vez hecho el montaje, un alumno del grupo
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transfirió a la placa Arduino el códec de programación donde el led rojo debía
durar encendido 5 segundos; el led amarillo, 1 segundo; y el led verde, 6
segundos. Como se puede observar en la imagen.
Como tercera actividad se construyó una alarma con Arduino, protoboard, suiche,
bocina, sensor de movimiento y varios cables, donde cada alumno aportó su
conocimiento de acuerdo al diseño en el
armado del circuito y el códec de
programación que fue subido de la
computadora a la placa de Arduino. Una vez
realizada la actividad por los estudiantes de
cada grupo procedieron a realizar las
respectivas pruebas de funcionamiento.
Como se muestra en las siguientes
imágenes.
En las actividades realizadas en el proyecto por los alumnos se observa que
aprendieron a coordinar ideas y ejecutarlas en tiempo real, donde adquirieron
competencias grupales para resolver situación problémicas, planteadas durante la
intervención del proyecto en las áreas de matemática, física y tecnología e
informática.
De esta manera los estudiantes aplicaron los conocimientos algorítmicos y lógicos
en el área de matemática, en el área de Física los conocimientos de Tensión,
resistencia, intensidad de corriente, circuitos y conducción de corriente a través
de conectores, en el área de tecnología e informática los conocimientos de lógica
de programación, diagrama de flujo, codificación y ejecución de comandos de
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órdenes, además del uso de la software de aplicación y manejo de la
computadora.
En la cuarta actividad se fue profundizando el
conocimiento en circuitos más complejos elevando el
nivel de conocimiento en la construcción del juego de
luces del auto fantástico, para ello los estudiantes
utilizaron los siguientes elementos: Arduino, protoboard,
8 led, 8 resistencias, un suiche, varios cables como se
observa en la imagen.
Para comenzar a armar el juego de luces cada grupo reunido comenzó a
identificar la entrada de corriente y el cable neutral, que va conectado del Arduino
a la protoboard y viceversa, después identificar el positivo de cada led irlos
conectando en serie en la protoboard y conectar una resistencia 330 ohmios para
reducir el voltaje a cada led, conectar un suiche para darle intensidad de
luminosidad a los led, y por último, escribieron el códec en la plataforma de
Arduino y los enviaron de la computadora a la tarjeta para su ejecución, una vez
terminado el proceso realizaron la prueba y adquirieron nuevas competencias de
aprendizaje, tales como: Conocimientos básicos de corriente eléctrica, voltaje,
resistencia, potencia e intensidad dentro de un circuito eléctrico, capacidad para
interpretar y armar un circuito eléctrico que simule las luces del auto fantástico que
se puedan utilizar como luces navideñas. En la siguiente imagen se evidencia el
resultado de ese proceso.
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6.2.2. Resultados de la segunda guía.
En la quinta actividad realizada, se profundizó sobre el diseño, fabricación y
armado de 6 carros robots automatizados con diferentes funciones cada uno, a
cada grupo se le asignó la tarea de armar y poner en funcionamiento un carro y
una función específica a cumplir. Para ello se usaron los siguientes materiales:
Tarjeta Arduino, Tarjeta electrónica de ensamble, Servomotor, Pinzas, sensor
infrarrojo, sensor ultrasonido, sensor de movimiento, motores de movimientos,
llantas, pilas, cables variados, tornillos, pinzas y destornilladores. Una vez
adquiridos los materiales y el diseño en papel, procedieron a armar cada carro,
teniendo en cuenta qué piezas debían de armar primero y qué secuencia seguiría
para terminar perfectamente el robot. Un alumno, con pinza y destornillador,
comenzó a armar las bases de motores de movimiento y llantas, después
turnándose el trabajo otro alumno unió las dos placas de soporte, y organizó el
servomotor con las pinzas quita obstáculos.
Sucesivamente se armó el detector de obstáculos en la parte frontal, en la parte
inferior se instaló el sensor infrarrojo y en la parte superior se instaló la tarjeta
electrónica de ensamble para distribuir luego el cableado que se desprende de la
Tarjeta Arduino a los diferentes elementos electrónicos instalados, y por último,
comenzaron a crear el códecs de programación que fue orientado previamente por
el profesor para subirlo a la placa Arduino y ponerlo en ejecución. Al terminar las
sesiones y completar la actividad los alumnos pudieron comprobar que trabajando
en equipo se pueden lograr los objetivos propuestos y adquirir competencias en el
aprendizaje de conocimientos nuevos, que puedan aplicar en las áreas de
matemática, física y tecnología e informática. Las siguientes imágenes ilustran ese
proceso de trabajo y de aprendizaje colectivo.
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De igual manera la segunda guía de programación con Arduino en el área de
tecnología e informática permitió programar los chips de memorias, los sensores
de ultrasonidos, sensores infrarrojos y sensores de movimientos, con la ejecución
de comandos de órdenes transmitidas por un computador a la placa de Arduino
para activar los juegos de luces, alarmas y los movimientos en diferentes
direcciones de los robots, y el manejo de la programación básica de la plataforma
de Arduino como estrategia pedagógica permitió fortalecer en esta área el sistema
de diagramación de flujo, el sistema de secuencia lógica, codificación y
programación de una memoria para que ejecute órdenes de comandos dirigidos a
funciones específicas de los robots como se muestra en la imágenes.
Por último se obtuvo un producto terminado de 5 robots con el mismo diseño pero
con diferentes funciones y uno diferente, que se pueden utilizar educativamente o
empresarialmente, los cuales se presentan a continuación:
1. Robot seguidor de línea: en esta imagen se
muestra el sensor de infrarrojo y el
funcionamiento que detecta la línea negra con
un rayo de luz invisible al ojo humano,
siguiéndola sin salirse de su trayectoria.
2. Robot evasor de obstáculos: en esta imagen
se muestra el funcionamiento del sensor de
ultrasonido, el cual envía una señal por medios
de ondas como las emitidas por los
murciélagos para detectar comida al recibir de
vuelta el mensaje el robot detecta el obstáculo
y lo evade.
3. Robot de ataque: en esta imagen se muestra el modo
de funcionamiento del servomotor que con el detector
de obstáculos cierra las pinzas para agarrar cuando
encuentra un obstáculo y lo retira para seguir la
marcha, con este elemento se podían explicar
diferentes conceptos geometría en el área de
matemática como por ejemplo la apertura del ángulo y
el cierre para apretar los obstáculos encontrados en el
camino.
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4. Robot retira obstáculos: en esta práctica se
trabajaron con todos los sensores del robot, de forma
que pudiera seguir una línea negra, y por medio del
ultrasonido detectar objetos para sujetarlos con la
pinza y retirarlos de su trayectoria.
Robot Tele-operado: esta práctica se desarrolló en
el proyecto y se llevaron 6 bluetooth para manejar
por medio de una aplicación móvil el robot desde un
celular, en la imagen se observa cómo el robot tele-
operado mueve un objeto con el servomotor
apretando y soltando las pinzas, con movimientos
atrás, adelante, izquierda y derecha en diferentes
direcciones desde el dispositivo móvil con botones
programados para ejecutar todas las funciones del
robot.
5. Robot a control remoto: en esta práctica se diseñó
un robot diferente, y se trabajaron con todos los
sensores del robot de forma que pudiera ser
manejado por un control para seguir adelante,
retroceder, girar a la derecha y girar a la izquierda
y detectar obstáculos.
En conclusión se observa el fortalecimiento en el área de Física, el sistema de
medidas eléctricas, desplazamiento, fuerza, velocidad y mecánica de algunos
elementos en el diseño de circuitos electrónicos, en el área de matemática,
fortalece el sistema lógico, algorítmico, numérico, métrico, geométrico y de
medidas y en tecnología e informática el manejo de herramientas tecnológicas en
los procesos de armado de los robot y la programación lógica del lenguaje de
Arduino a través de los computadores.
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6.3. Fase de Valoración:
En charlas realizadas con los estudiantes y anotadas en el diario de campo,
sostuvieron que era un sistema novedoso para ellos, que les permitió comprender
y fortalecer los conocimientos básicos de energía y electrónica, aplicado bajo un
ambiente tecnológico con una metodología de enseñanza-aprendizaje diferente a
las clases diarias impartidas por los profesores, pues, para ellos era de mucha
importancia aprender a manipular y crear cosas nuevas en la adquisición de
competencias cognitivas, para comprender los procesos matemáticos, la física y la
tecnología e informática, ya que trabajar en equipo les facilitaba llevar la teoría a la
práctica y desarrollar habilidades mentales en la construcción y elaboración de
circuitos y programación de los robot.
En conclusión los testimonios dados por algunos alumnos como Carmen Melisa
Hernández Rodríguez de grado octavo, manifestó que “aprendió de la robótica
como introducirle información y los mecanismos que utilizamos en el trabajo
y como medir la altura de las personas”. Cesar Miguel Meza Montalvo, del
grado noveno expresó que la robótica para él “era algo sencillo y que no le
prestaba atención y que ahora sí que es espectacular y que aprendió
muchas cosas de la robótica como controlar un robot por medio de los
computadores y como darle al robot toda la información con la computadora
para que ande y se mueva y realice todas sus funciones”. En una tercera
entrevista a la alumna Ruth Esther Sánchez Alarcón del grado décimo expreso
que “le gustó robótica porque aprendió muchas cosas, como programar la
placa Arduino, también hacer que el carro agarre los obstáculos y los saque
del camino y le parece muy importante en la vida de ellos”
En charlas con los padres de familia que fueron invitados a la muestra expositiva
algunos quedaron impactados con el trabajo que sus hijos venían desarrollando
en esta investigación, ya que ellos pensaban que este proyecto no les dejaba
enseñanza a los estudiantes y que era una pérdida de tiempo, pero al ver la
realidad de lo que eran capaces de realizar sus hijos, y construir máquinas
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automáticas les cambio la forma de pensar y de querer motivar a los estudiantes
investigadores en el desarrollo del proyecto.
En cuanto al cuerpo de docentes expresaron que “es una forma de aplicar
nuevas estrategias pedagógicas y de ver el proceso de enseñanza-
aprendizaje como un libro abierto, donde existe un sinfín de posibilidades
para trabajar las áreas de matemática, física y tecnología e informática de
forma transversal, y que la tecnología como innovación le aporta a estas
áreas fundamentos valederos, que trascienden en la adquisición de nuevas
herramientas metodológicas como lo es la guía de electrónica básica y guía
de programación con la plataforma de Arduino, en la aprehensión del
conocimiento y desarrollo de competencias para el mejoramiento educativo
de los estudiantes”.
Bajo estas perspectivas se puede observar que las clases tradicionalistas todavía
se están impartiendo en la escuela, concepto que debe ser transformado a una
nueva forma de enseñanza pedagógica y de aplicaciones de nuevas estrategias
que les permitan a los estudiantes utilizar herramientas tecnológicas e innovar, es
decir, dejar la viaja escuela y enseñar para el futuro.
7. CONCLUSIONES Y RECOMENDACIONES.
Este trabajo deja como enseñanza principal que el trabajo pedagógico de aula
tiene que alejarse de la perspectiva tradicional de enseñar contenidos
fragmentados en las distintas áreas del saber. Esto quiere decir que es necesario
integrar contenidos de diferentes asignaturas, alrededor de proyectos de aula en
los que los estudiantes le encuentres sentido a las teorías mediante su aplicación
en la práctica. Por eso, las actividades prácticas se desarrollaron sin ningún
percance y en el transcurso de ellas se pudo percibir que los estudiantes han
adquirido diferentes habilidades que les permitieron hablar con claridad acerca de
lo que se estaba trabajando en las sesiones de capacitación.
Los docentes que participamos en esta investigación, estamos muy motivados
y con ganas de aplicar los conocimientos del trabajo realizado, al desarrollo de
las clases diarias a los estudiantes y con las diferentes herramientas
pedagógicas desarrolladas en la investigación, puesto que se ha comprendido
la trascendencia del trabajo en equipo, real y situado. Esto crea, además,
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confianza en los estudiantes respecto de lo que les proponen los maestros en
sus clases, lo que conduce a una buena disposición para el aprendizaje
significativo.
Se percibe de una forma muy evidente que a los estudiantes le emociona y les
gusta la temática presentada, en todo momento están pendientes de las
explicaciones ofrecidas por el formador y participaron activamente realizando
preguntas y comentarios que ayudan a la realización de las diferentes
actividades propuestas. De esta manera le dan sentido al estudio, a la
adquisición de conocimientos nuevos, a la vez que son capaces de dar valor a
sus esfuerzos y comprender que el conocimiento nuevo se construye desde
uno mismo, desde sus propias prácticas. Tanto docentes como estudiantes
llegan a estas comprensiones.
Los estudiantes lograron adquirir los diferentes conceptos explicados durante
la investigación, esto se pudo comprobar el día de la muestra en la cual a ellos
les toco realizar el rol de expositores.
La metodología utilizada durante el programa fue la apropiada logrando
transmitir de la mejor manera los conceptos a estudiantes, docentes, padres
de familia, directivos y demás miembros de la comunidad educativa en general.
Los directivos quedaron satisfechos con el proyecto y esperan que el docente
investigador, docentes y estudiantes sigan creando proyectos de investigación
educativos que permitan alcanzar en sus estudiantes un aprendizaje
significativo y desarrollar competencias que les permitan mejorar su forma de
vida.
De ahí se desprende una recomendación para docentes y directivos: hacer un
esfuerzo por transformar las metodologías tradicionales de enseñanza en las
diferentes áreas, impulsando el trabajo por proyectos, propiciando así el trabajo
conjunto y colaborativo, dándole sentido a los contenidos a través de su
aplicación práctica. De esta manera se recomienda incluir esta posibilidad de
trabajo en el currículo de la Institución, para que se generalice una nueva
dinámica de trabajo en el aula, acorde con las nuevas formas de acceso al
conocimiento, haciendo uso efectivo de la tecnologías de información, con el
propósito de lograr mejores desarrollos en la calidad educativa de los estudiantes.
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