Robótica educativa y robótica pedagógica

Fig. 1 Entorno de programación de Robolab

Fig. 2 Entorno de programación en visual basic con componente OCX de Lego

Algunos conceptos antes de presentar propuesta

Como parte de las actividades de investigación que han llevado al uso de la robótica para usos educativos y pedagógicos, el Instituto Tecnológico de Massachussets ha creado pequeñas computadoras que hacen uso de sensores y otros dispositivos para la creación de robots. Conocidos como ladrillos o bloques programables (programmable bricks) el RCX (Robotic Command eXplorer) es el cerebro del robot y parte central del Lego Mindstorms, “ya que aquí se encuentra toda la parte lógica y electrónica que permite la mayoría de las acciones del robot, almacenándose hasta 5 programas que se pueden cargar en memoria interna, y guardándose allí el firmware básico para el control de los distintos dispositivos que se pueden conectar al bloque.” http://es.wikipedia.org/wiki/Lego_Mindstorms

De igual forma, se han creado entornos de programación que permiten la creación de comandos para la automatización del robot.
“ROBOLAB es un entorno de programación gráfico que permite controlar el RCX. Este software comercializado por LEGO está orientado al uso educativo con niños y jóvenes (señalan que para edades comprendidas entre 6 y 16), y utiliza una versión adaptada de LabVIEW. ROBOLAB ofrece modos diferentes de programación adaptados al nivel de aprendizaje del alumnado: Pilot e Inventor. Además, ofrece el modo Investigator orientado a su uso en el laboratorio de ciencias.” http://www.euskalnet.net/kolaskoaga/programz/robola_c.htm

Otras empresas como Microsoft, han sacado al mercado propuestas para la implementación de robots. Microsoft Robotics Studio, es un entorno de programación bajo ambiente Windows, que permite la creación de aplicaciones para robóticas, y el cual está dirigido tanto para el sector académico de diferentes niveles, como para empresas interesados en este tipo de proyectos.


Propuesta para el uso de robótica educativa

Comparación de entornos de desarrollo para la programación de robots

La siguiente propuesta tiene como objetivo, que los alumnos puedan comprobar las ventajas y desventajas que cada uno de los entornos de programación para bloques o ladrillos programables ofrecen, en la realización de una tarea que el robot deberá desempeñar (por ejemplo el desplazamiento en una ruta en particular o la programación para el uso de sensores); se establecen algunos parámetros que permitan hacer una comparación, como el número de instrucciones necesarias, el tiempo invertido para crear el programa, facilidad de uso y respuesta del robot. Se deberá de contar con un RCX, y dos entornos de programación: Robolab (figura 1) y Visual Basic (figura 2) con la instalación previa del componente control OCX LEGO Pbrickcontrol .

Es necesario tener algunas consideraciones iniciales:

1. Planificar el proyecto a través del método de proyectos
2. El profesor debe tenir un perfil/experiencia en programación
3. Implementar en un grupo pequeño
4. Que los alumnos cuenten con experiencia en programación en entornos visuales, el uso de expresiones lógicas así como de estructuras de control
5. Así como una capacitación previa dirigida a los alumnos en ambos entornos, ya que el propósito estará enfocado al desarrollo de habilidades sobre programación.

De igual forma, se deberá dividir el grupo en dos equipos, con el fin de que cada equipo realice las rutinas o comandos necesarios en el entorno de programación que se le haya asignado (Robolab o Visual Basic), para posteriormente, instalar dicho programa en el RCX y exponer en una sesión plenaria los puntos de comparación y experiencias de cada equipo, que de lugar al debate entre los alumnos.

Robotica pedagógica.

La propuesta presentada anteriormente, intenta mostrar una estrategia que permita la utilización de robots para armar (prefabricados). A continuación quiero mostrar la propuesta correspondiente al tipo de robótica que permite que el alumno pueda construir robots con sus propios insumos, incluso con materiales de desecho que pueden ser reciclados, en un esquema que permita aplicar otro tipo de conocimientos y habilidades ligadas a la construcción de un artefacto tecnológico "casero". Considerando el plan de estudios 2006 del nivel secundaria, elaborado por la Secretaría de Educación Pública, se pretende que como parte de las asignaturas del segundo grado, Tecnología II y Ciencias II (la cual tiene énfasis en Física), el proyecto final sea un robot armado por los propios alumnos, a partir de las instrucciones que se pueden encontrar en Cucabot, página que pretende mostrar el diseño de robots móviles, basados en una plataforma sencilla de construir. La página muestra diferentes proyectos que están ordenados por orden de dificultad. En todos ellos se dan las explicaciones necesarias para su construcción y en la medida de lo posible para comprender su funcionamiento, a partir de los siguientes temas:

• Esquema eléctrico
• Funcionamiento
• Componentes
• Montaje

Como temas genéricos, presenta la soldadura con estaño, conceptos relacionados con electrónica (resistencias, etc.) Asimismo, cuenta con un "cuadernillo" del proyecto de tecnología dirigido al docente, con la intención de contar con un material de apoyo a quien dirija los equipos (que en el caso de la propuesta puede ser el titular de Tecnología II, el de Ciencias II o ambos), para poder distribuir las tareas de cada uno de los miembros que construirán el robot, así como una hoja de planificación y evaluación individual y del equipo.

Con lo anterior podemos ver la importancia de implementar proyectos que permitan hacer las clases más divertidas para los alumnos, pero especialmente, que vean l autlidad y aplicabilidad de temas tan complejos como los de las ciencias básicas. Nuevamente insisto en el perfil del docente que guíe este tipo de proyectos, ya que es un punto que prmitirá el éxito o fracaso de los mismos.

Simuladores: implementando el aprendizaje por descubrimiento a través de software educativo

Una de las categorías de software educativo que mejores resultados aportan al proceso de enseñanza y aprendizaje es el simulador. Resulta interesante saber que el uso de los primeros simuladores por computadora, como en casi todos los avances científicos, está relacionado con la milicia y el uso de estrategias para la misma, como lo fue la simulación de una detonación nuclear utilizada en el Proyecto Manhattan desarrollado en la 2ª guerra mundial. Desde entonces, muchos han sido los avances en la capacidad de cómputo y las áreas de aplicación en las cuales se utiliza la simulación con propósitos de aprendizaje.

De acuerdo a R.E. Shannon “La simulación es el proceso de diseñar un modelo de un sistema real y llevar a término experiencias con el mismo, con la finalidad de comprender el comportamiento del sistema o evaluar nuevas estrategias -dentro de los limites impuestos por un cierto criterio o un conjunto de ellos - para el funcionamiento del sistema".

Una de las áreas que se han beneficiado con el uso de los simuladores es la educación de las ciencias básicas, ya que ha permitido el establecimiento de “laboratorios virtuales”, logrando llevar al aula situaciones que de otra forma requieren infraestructura muy especializada, y por otro lado, apoyan la comprensión y abstracción de conceptos y situaciones de cierta complejidad. Asimismo, permiten inducir y acercar al alumno (de una forma más amena) a procesos de investigación científica básica.

Considero que una de las desventajas principales del uso de simuladores radica principalmente en el costo de los mismos, ya que en mucho de los casos, va de la mano con la calidad del software y los requisitos de equipo para su ejecución. De igual forma, una mala planeación para su utilización dentro del aula puede llevar a no obtener los resultados deseados.

Experiencia con el uso de un simulador

Para el desarrollo de las actividades de esta semana, se eligió de la lista de la Serie Galileo el software Laboratorio espacial, el cual fue elaborado por la Coordinación de Tecnología y Proyectos Especiales del ILCE y la Fundación Arturo Rosenblueth.

Este software permite el estudio de la física (mecánica clásica) para alumnos de secundaria y preparatoria, basado en los principios de vuelo propulsado por los cohetes, propiciando la intuición y el conocimiento conceptual a partir de la experimentación.

Cuenta con tres secciones principales:

1. Prepárate para jugar, en donde se pueden encontrar las instrucciones de cómo usar el simulador.
2. Juega y aprende, a través de misiones de vuelo que pueden ser almacenadas en disco para posteriormente recuperarlas, se realiza el diseño del cohete y la trayectoria, así como su lanzamiento. Cuenta con una opción para el análisis de la misión (del lanzamiento y del vuelo orbital), que permite a través de gráficas observar las modificaciones/variaciones que sufren la altura, la aceleración, la velocidad y la masa; así como los cambios en la energía cinética, potencial y total
3. Aprende más, una sección a manera de glosario en donde el alumno podrá encontrar conceptos de física relacionados con los lanzamientos, así como dos videos que muestran las maniobras necesarias para el lanzamiento de cohetes desde plataformas marinas
   

Quiero comentar que la experiencia personal resultó muy grata, ya que a pesar de que este simulador se eligió al azar y sólo con los “vagos recuerdos” de mis conocimientos en física, las pruebas sobre el mismo me hicieron probar una y otra vez los diferentes parámetros para lograr despegar mi cohete (lo cual nunca logré); sin embargo, utilicé los archivos que vienen con la instalación, con lo cual, pude observar cómo se puede hacer el lanzamiento y las variaciones en los parámetros para lograr el despegue (inclusive se observa el vuelo del cohete fuera de la superficie terrestre, sobre una imagen de globo terráqueo). Quiero comentar también que está realizado con muy buena calidad, y la facilidad de uso obviamente está ligada al nivel de conocimiento que tenga uno sobre el tema.

Saludos a todos y espero sus comentarios.

"One-computer classroom": análisis y propuesta para el aprendizaje de la geografía.

Con el fin de optimizar recursos y establecer estrategias para mejorar la práctica docente con el uso de tecnologías de información y comunicación, surge la propuesta "one-computer classroom", que posibilita la organización y planeación de actividades de enseñanza y aprendizaje con el uso de una sola computadora dentro del aula (aprender con la computadora de acuerdo a Jonassen).
Considerando lo anterior, se hace una revisión a tres aplicaciones relacionadas con geografía, que posibiliten su integración tanto a la enseñanza como al aprendizaje de la misma.

Aunque mi formación está relacionada con la computación, actualmente laboro en la Facultad de Geografía de la Universidad Autónoma del Estado de México, lo que me ha permitido conocer la “otra cara de la geografía”, es decir, poder visualizar la importancia de esta disciplina, a partir de la concepción del espacio y las relaciones existentes entre los aspectos físico-geográficos y los socioeconómicos de un territorio; y no sólo como una mera memorización de capitales y ríos de un país.
Por lo anterior, es importante que el aprendizaje de la geografía, se pueda dar desde la educación básica bajo otro enfoque o perspectiva, aplicando estrategias didácticas más amenas, que permitan vincular los diferentes conocimientos que se reciben de áreas como las matemáticas y la historia, por mencionar algunas, relacionándolos con su entorno y vida diaria, y lograr un verdadero aprendizaje significativo de estos temas.

El software analizado es el siguiente:

Expreso de media luna
Software educativo cuya propuesta esta basada en un viaje en tren que el profesor y los alumnos de un grupo, pueden realizar a un destino que ellos mismos determinan, a partir de actividades colaborativas que, de acuerdo a sus creadores, permiten el desarrollo de habilidades de pensamiento tal como el análisis y descripción de datos, para la resolución de misiones de viaje virtuales. Lo más interesante de este software, es que esta hecho para la geografía de nuestro país, en donde se puede encontrar información estadística y geográfica de más de 170 localidades del mismo. Es importante resaltar que esta diseñado específicamente para el concepto de trabajo “one-computer classroom”, siguiendo como modelo el software “Internacional inspirer” de Tom Snyder.
http://www.edumundo.com.mx/htm/expreso/expreso.htm

Neighborhood Map Machine
Este programa permite a los alumnos la creación de mapas de sus vecindarios y/o comunidades, así como de lugares que ellos mismos pueden imaginar; de igual forma, pueden navegar en dichos mapas, aprendiendo conceptos relacionados con el uso de coordenadas, localización y escala. Los mapas realizados pueden ser enriquecidos y personalizados con el uso de fotografías, películas y ligas a Internet, para resaltar lugares específicos del mapa (tal como museos, bibliotecas, etc.). Al hacer uso de este software, se desarrollan habilidades relacionadas con las ciencias sociales e incluso, con las matemáticas, al permitir el cálculo de distancias, perímetros y áreas.
Tiene la ventaja de ser bilingüe, al poder intercambiar entre inglés y español.
http://www.teachtsp.com/products/product.asp?SKU=NEIV20&Subject=SocialStudies

Google Earth
Software que permite la visualización de imágenes satelitales del mundo, inclusive en tercera dimensión, a partir de búsquedas o peticiones al servidor (a través de nombres de ciudades, sitios famosos o incluso direcciones) que concentra la base de datos de imágenes y datos relacionados con sitios mundiales. Existen diferentes calidades en la resolución de las imágenes, dependiendo de la zona geográfica que se explore. Cuenta con opciones que permiten el uso de coordenadas, medición de distancias, y conexión con dispositivos de posicionamiento global, entre otros. Tiene una versión gratuita, e interfaz en inglés, español, francés y alemán. Aunque no está creado específicamente para usos educativos, la planeación de actividades desde este sistema puede enriquecer las clases de geografía desde los niveles básicos, e incluso con opciones más avanzadas, en cursos de nivel superior. Un ejemplo en niveles básicos, y tomando el modelo “one-computer classroom” puede ser para la iniciación y aprendizaje relacionados con la descripción e identificación de rasgos físicos de sitios o localidades, así como su ubicación.
http://earth.google.com/

Jerarquización

Para la determinación de la jerarquía del software analizado, se consideraron los siguientes parámetros:

• Diseño del software a partir del modelo “one-computer classroom”
• Calidad y suficiencia de la información relacionada con el territorio nacional
• Costo
• Requerimientos de instalación
  

A los elementos anteriores por supuesto se le podrían agregar algunos más, sin embargo, con fines de establecer la jerarquía y con la información que se contó de cada uno de ellos, se llega a la siguiente determinación:

1. Expreso de media luna
2. Google Heart
3. Neighborhood Map Machine

Cabe resaltar que lo anterior no significa colocar una escala de mejor a peor, ya que todos ellos son excelentes y ofrecen muchas ventajas, sino más bien de los parámetros descritos anteriormente.

Espero sus valiosos comentarios.

Modelo de aprendizaje basado en búsquedas de información sobre Internet

Como una forma de generar en los alumnos habilidades para la búsqueda de información sobre Internet, se han desarrollado modelos que permiten el aprendizaje a través de la web, no como una forma de recopilar información, sino generar estrategias didácticas que orienten la investigación y utilización de recursos en Internet. Existen dos formatos: las webquest y las miniquest.

WEBQUEST
Desarrolladas por Bernie Dodge en 1995 en la Universidad Estatal de San Diego, las define como "una actividad orientada a la investigación donde toda o casi toda la información que se utiliza procede de recursos de la web".

Los elementos característicos que se deben de incluir en una webquest son los siguientes:

Introducción:
La actividad a desarrollar se presenta a los alumnos, proporcionando la información básica que lo guiará de manera efectiva.

Tarea :
Es una descripción de lo que se espera que los alumnos realizarán

Proceso:
Es en esta sección donde se describen los pasos que se debrán seguir, considerando la participación (roles) de cada uno de los integrantes si es que se realiza en equipos.

Recursos:
Aquí se deberan de incluir las referencias a los sitios específicos donde los alumnos podrán conseguir los recursos de apoyo a su investigación. Deberán haber sido seleccionados previamente por el docente, con la intención de centrar la atención del alumno en la temática a investigar, con lo cual no se "naufraga" dentro de la red.

Evaluación:
Todos los criterios que el docente considerará para la evalución, los cuales deberán ser prefectamente claros y ponderados de acuerdo a las actividades y roles desempeñados.

Conclusiones:
Permite la generación de debate y reflexión sobre la actividad desarrollada.


MINIQUEST

Son una versión simplificada de una WebQuest, cuyos componentes son:

Escenario:
Es el contexto que permite involucrar a los estudiantes en el problema a resolver, y que dará pauta a que en el proceso de investigación relacionada, establezcan cual es la pregunta que deberán de contestar. Es importante la asignación de roles en esta etapa.

Tarea:
Especifica de manera muy estructurada, las actividades y los recursos que se deberán de consultar/investigar para la resolución de la problemática, con lo cual se hará la adquisición de todos los recursos que permitirán responder la pregunta (o preguntas) planteadas en el escenario.

Producto:
Es la decripción de las características que deberá de cumplir el trabajo, considerando los roles y la evidencia de aprendizaje.

De acuerdo al tiempo y experiencia que el profesor disponga, podrá hacer uso de una u otra modalidad, en la cual, la versión simplificada (Miniquest) es conveniente para actividades de corta duración y como una primera experiencia para aquellos docentes que se inician en la implementación de estrategias para la construcción del conocimiento basado en el descubrimiento o indagación; una de las principales bondades de estos modelos, radica en que el alumno es corresponsable de su aprendizaje.

Los invito a revisar los siguientes enlaces:

http://avalerofer.blogspot.com/2007/02/webquests-en-los-blogs.html
http://www.educared.org.ar/ai_2005/links_internos/03_propuestas/002.asp
http://www.eduteka.org/pdfdir/DiferenciasMiniquest.pdf

Propuesta de cómputo educativo a partir de e-learning. Una primera aproximación.

El proyecto que se propone esta enfocado a un proceso de intervención educativa que permita implementar un programa de formación docente en geoinformática, que responda a las necesidades específicas del programa educativo y al mismo tiempo, a los retos que los docentes enfrentan ante la sociedad de la información.
Este proyecto estará basado en la determinación de los contenidos, a partir de un diagnóstico de necesidades de capacitación basadas en el perfil requerido para docentes de geoinformática, y que al mismo tiempo, dicho diagnóstico permita determinar la modalidad (presencial, a distancia o mixta) para cursar los módulos o unidades temáticas que se incluyan.

Para la sistematización y planeación de este proyecto se considerarán los siguientes elementos, de acuerdo al Modelo NOM
Niveles de uso:
Basado en e-learning, se pretende crear un Sistema de Gestión de Contenidos de Aprendizaje (LCMS, por sus siglas en inglés)

Orientación de uso
En este caso, se dirigirá al autoaprendizaje de los profesores (ya sea de la totalidad del programa o bien, realizar una selección de que módulos o unidades temáticas se prestan para el estudio independiente)

Modalidad
Los contenidos educativos, como se ha mencionado anteriormente, estarán basados en el diagnóstico que se realice para el efecto, y que permitan fortalecer el perfil de los docentes en geoinformática. (¿Para qué?). Al planear un LCMS, se permitirá la gestión tanto de la plataforma tecnológica, como de los contenidos; los LCMS incluyen diferentes elementos para su implementación, sin embargo, deberán de planearse las fases que logren incorporar la totalidad de los elementos de este tipo de sistemas. Los profesores de este programa educativo que se inserten dentro de este programa de formación docente, podrán hacer uso de un sistema basado en web, al cual podrán acceder desde cualquier computadora con acceso a Internet, y en el tiempo disponible que ellos asignen para su formación (¿Con quiénes? ¿Dónde? ¿Cuándo?).

Con lo anteriormente planteado, esta propuesta logrará que los profesores puedan aprender desde la computadora, como Jonassen lo especifica en su modalidad uso.

Ahora, es necesario considerar los escenarios de uso que logren que el diseño del proyecto de cómputo educativo, alcance el mayor grado de usabilidad posible, con lo cual los usuarios (los profesores) alcancen sus objetivos (formación docente en geoinformática). Entre los factores más importantes: el tiempo de acceso al sistema y la interacción que el usuario tenga con dicho sistema, así como la facilidad de uso.

¿Y los recursos, cómo se llevará a cabo?
La propuesta se basará en un sistema de código abierto basado en web, que permita ensamblar y distribuir los contenidos en línea, y que al mismo tiempo, pueda cumplir con las normas y estándares establecidos al respecto para este tipo de sistemas (especificación SCORM, para este caso). En esta primera aproximación, se propone el uso del software Atutor, que tiene licencias bajo los términos de GNU-GPL; de igual forma, se seleccionarían tanto la plataforma como el manejador de bases de datos para el almacenamiento de información, herramientas de uso libre (Linux; MySQL, PostgreSQL).
La inversión principal radicaría en el servidor, ya que la conectividad estaría considerada a partir de la infraestructura de redes que cuenta la Universidad (UAEMex). Principales características del servidor:
Procesador dual core 2.00GHz, 4 GB RAM, DD 160 GB
Costo aproximado: $3000 USD.