Módulo STEM para el desarrollo de competencias básicas en tecnología e ingeniería para básica primaria

Módulo STEM para el

desarrollo de

competencias básicas en

tecnología e ingeniería

para básica primaria.

Luís Felipe Vargas Perilla

[email protected]

Asesor: Ismael Mauricio Duque

Universidad de los Andes Bogotá, Colombia

Tabla de contenido

Agradecimientos

3

Introducción

4

Marco teórico

7

STEM

7

Understanding by Design

8

Educación en Colombia

10

La tecnología dentro del entorno educativo

12

Pensamiento computacional

15

Robots educativos

18

Cubelets

21

Problemática

25

Solución propuesta

27

Actividad

30

Resultados esperados

30

Evidencia de comprensión

30

Planeación de la actividad

31

Puesta en práctica

37

Conclusiones y trabajo futuro

38

Bibliografía

40

Anexos

45

Anexo 1: Estado de la educación en Colombia

45

Anexo 2: Colombia en las pruebas internacionales

46

Anexo 3: Tecnología en el currículo

48

Anexo 4: Pensamiento computacional

48

Anexo 5: Cubelets

49

Agradecimientos

Al profesor Mauricio Duque en primer lugar, por colaborarme con toda su paciencia y sabiduría en todo el proceso de desarrollo del proyecto, así como su apoyo a temas que son de poca acogida en los estudiantes del departamento, pero que tienen mucha importancia en cuanto al progreso de Colombia como nación.

A toda mi familia por su apoyo, en especial a mi tía Nhora por su minuciosa revisión y comentarios sobre las actividades planteadas como antigua docente y a mi tía Patricia por ayudarme con las niñas que serían aptas para realizar la prueba piloto.

A la profesora Alba por tomarse el tiempo de acompañarnos en el proceso final del proyecto como revisora y jurado del proyecto de grado.

Introducción

Utilizar la tecnología educativa y formar estudiantes competentes en tecnología es importante para estructurar capital humano capaz de afrontar los retos de la sociedad global [50]. Uno de los problemas que enfrenta Colombia en cuanto a educación tiene que ver la financiación de las entidades públicas, pues se están quedando muy por debajo de las que obtienen recursos privados(a la que muy pocos pueden acceder), lo que se puede ver reflejado en la calidad y al final la productividad del país[48].

Uno de los países que se ha puesto en la tarea de generar alternativas eficientes para la educación es Estados Unidos, mediante una aproximación STEM, la cual reconoce la importancia de la educación para todos en ciencias, tecnología, ingeniería y matemáticas, usualmente en un marco de aprendizaje activo con diferentes aproximaciones desde trabajar cada disciplina de forma independiente, pasando por momentos de conexiones hasta una visión que busca una aproximación integral[1]. Dentro de dicha estrategia la tecnología es un componente muy importante, ya que ella puede servir de contexto para la enseñanza de las cuatro áreas [2].

Para tener una idea de lo que pasa en el mundo en cuanto a educación STEM se pueden revisar varios de estándares, que para la tecnología los define, entre otras, la asociación internacional de educación en tecnología, ITEA por sus siglas en ingles en el reciente currículo en ciencias [68] que integra ciencias, tecnología e ingeniería; En Colombia, si bien no se tienen estándares integrados, el Ministerio de Educación a definido los estándares en ciencias y matemáticas de forma no conectada y un documento en orientaciones para la educación en tecnología[18][19]. Además de los estándares, es importante medir el desempeño de los estudiantes, lo cual se realiza mediante diversas pruebas académicas, algunas de ellas internacionales como TIMSS, PISA, ERCE, y otras nacionales como en el caso específico de Colombia las pruebas Saber; las cuales, aunque no evalúan específicamente tecnología, usualmente evalúan lenguaje, matemáticas y ciencias. Tanto en las pruebas nacionales como internacionales el país no ha tenido un buen desempeño, ubicándose por debajo del promedio de la OECD, y en algunos casos apenas superando el promedio latinoamericano según qué países participan [11].

Actualmente, y aun más en el futuro se viene presentando una alta demanda por recurso humano con competencias en STEM; desde 2002 ha crecido en un 30% a nivel global, mientras que se espera que en algunos años por lo menos el 80% de los trabajos requieran conocimiento y uso de tecnología [46]. Esta realidad ha hecho que el gobierno colombiano comience a implementar y aumentar la cobertura de diversos planes para el desarrollo de las regiones en torno a la utilización de la tecnología en la educación y en la educación en el uso de la tecnología. Ejemplo de esto es el programa Vive Digital, dentro del cual se encuentra computadores para

educar, iniciativa que brinda acceso a la tecnología a entidades educativas de carácter público mediante computadores y tabletas que el Estado recupera por diferentes medios [22][24].

Algunos claustros han aprovechado muy bien las tecnologías de información, hasta el punto de comunicarse y discutir con estudiantes en diferentes partes del mundo, para compartir sus trabajos y experiencias [51]; pero esto es sólo un ejemplo de lo que se puede hacer con la tecnología, se debe buscar una forma más eficiente de vincularla a los procesos de enseñanza-aprendizaje en los colegios. Este es el objetivo de este trabajo: Brindar a estudiantes y docentes de educación básica primaria, la descripción de algunas actividades mediante la cual se logre una mejor comprensión del proceso de diseño en ingeniería y su relación con la tecnología, con el fin de generar mayor interés en las áreas de STEM y promover algunas competencias STEM

Uno de los aspectos de interés en la última década para este tipo de labor es la robótica, con una gran cantidad de artefactos y posibilidades de dónde elegir; para el caso de estudio actual se trabajará sobre “cubelets", una propuesta de “modular robotics”, en la cual se tienen distintos componentes de robots de similar forma, pero cada uno con una funcionalidad específica, lo cual hace que se puedan crear soluciones rápidamente y así incentivar la creatividad de los estudiantes sin necesidad de entrar a actividades de programación y así concentrar los estudiantes en la comprensión del problema y la integración de componentes con funcionalidades específicas que buscan resolverlo [41].

Para incluir de forma interesante los robots dentro del entorno educativo se utiliza el marco Understanding by Design(Jay McTighe y Grant Wiggins) en el diseño curricular de la acividad. Esta aproximación busca que el desarrollo de currículos sea de forma descendente desde los objetivos hacia las actividades, teniendo los resultados finales como el elemento importante, medidos en las capacidades, habilidades, y conocimientos que los estudiantes deben construir para el final de una sesión de trabajo o de la secuencia completa.

Finalmente se desarrollan una serie de actividades(cinco), que buscan que los estudiantes se apropien de nociones de la robótica desde una perspectiva práctica e intuitiva, trabajando con bloque funcionales de sensores, procesadores y actuadores. El nombre de las 5 actividades es: • Introducción a la robótica

• Arquitectura del robot • Sensores

• Robots complejos y • Presentaciones efectivas.

Es importante aclarar que el documento a continuación, aunque trata en principio temas como STEM, no se centra en ellos, pues es poco lo que aborda sobre matemáticas o ciencias; el foco principal es competencias básicas en ingeniería y el uso de tecnología. STEM es un apoyo,

así como el marco UbD, que sirven como referencia y sustento al trabajo, con el fin de hacerlo pertinente en este marco de trabajo.

El siguiente documento se divide como sigue: en primer lugar se encuentra el marco teórico, sección en la cual se darán las definiciones importantes a tener en cuenta para comprender el desarrollo del proyecto; luego están la problemática encontrada y la solución propuesta para ella; después se presenta la actividad desarrollada, para culminar con las conclusiones y anexos, donde se encontrarán detalladas las actividades propuestas.


Marco teórico

STEM

En cuanto a educación se pueden encontrar muchos tipos de acrónimos, todos con diferentes significados y acercamientos a una revolución educativa; pero en los comienzos del nuevo milenio comienza a popularizarse STEM, de la mano de Judith A. Ramaley, quien en el momento era la directora de la National Science Foundation's, y trabajaba en la creación de un currículo que pudiera mejorar la educación en ciencia, tecnología, ingeniería y matemáticas(STEM, por sus siglas en inglés), basado en la participación activa del estudiante para descubrir soluciones mediante la exploración [1]. Estas cuatro áreas toman mucho mayor valor al trabajarse de forma articulada, ya que de ese modo se presenta en los problemas reales.

Las cuatro áreas de conocimiento que abarca STEM son: las ciencias, que se encargan de estudiar el mundo natural y las leyes que lo rigen; es un proceso tanto de revisión como de descubrimiento. Las matemáticas, se fundamentan en los argumentos lógicos basados en suposiciones fundamentales. La ingeniería busca crear productos mediante un proceso de solución de problemas, teniendo en cuenta una serie de restricciones, entre ellas las leyes naturales. La tecnología por su parte, aunque no es una disciplina, es el punto en el que las tres áreas anteriores convergen con el fin de ayudar a la humanidad a crear dispositivos acordes a sus necesidades [2].

Así pues, la tecnología es un punto de unión y apoyo fundamental entre las cuatro áreas que conforman STEM; pero no es lo único que se debe tener en cuenta, ya que uno de los estudios que fue llevado a cabo intentando delimitar los principales aspectos que se deben tener en cuenta en la enseñanza de STEM llegó a la siguiente conclusión: integrar la tecnología, integrar diferentes disciplinas tanto de STEM como otras que no se incluyen en este campo, presentar problemas de la vida real, y por último, basarse en la realización de proyectos conformados por varias actividades [65]; para lograr que se cumplan las expectativas anteriormente descritas se presentarán en los siguientes apartados algunos temas importantes a considerar, para dar con una propuesta que posea varias actividades, y que comprendan las aspiraciones en formación tecnológica del país, así como ser pertinentes para los estudiantes.

STEM en Colombia

En Colombia la enseñanza de STEM no esta desarrollada ampliamente, ya que no es una política de estado, como sí lo es en Estados Unidos desde hace casi dos décadas; pero se han desarrollado algunos avances en esta materia como por ejemplo el programa pequeños científicos, de la Universidad de los Andes; el parque científico de innovación social, de la

Universidad Minuto de Dios; y el programa ondas, del gobierno nacional. El primero de los programas, se concentra en la enseñanza y aprendizaje de la ciencia, la tecnología y la ingeniería en los colombianos de temprana edad, mediante la indagación, la resolución de problemas y el diseño, mejorando además las capacidades de expresión comunicativa y ciudadana [10]. El otro programa universitario(uniminuto), busca introducir conceptos de robótica aplicada para la formación en matemáticas, enmarcado en la capacidad de los estudiantes de entender los problemas como un ámbito social y económico, hacerles entender que mediante la innovación el país puede mejorar en dichos aspectos [8]. Para finalizar se encuentra la iniciativa gubernamental, la cual es manejada por colciencias y busca incrementar la capacidad de investigación e innovación en las instituciones del Sistema Nacional de Ciencia Tecnología e Innovación[9]. Por último, pero no menos importante se encuentra un workshop realizado en la universidad EAFIT titulado Educación STEM para todos: Integrando contenido STEM, el cual trataba sobre la importancia de STEM en todo el proceso educativo, ya que su enfoque centrado en el estudiante se puede llevar a diferentes niveles [69].

A pesar de estos casos, no se cuenta aun con documentos de política pública donde la importancia de una educación STEM para todos esté inscrita al menos como una meta deseable.

Understanding by Design

(UbD) Es un marco de trabajo descrito inicialmente por Jay McTighe y Grant Wiggins en 1998, enfocado en el diseño descendente. Se basa principalmente en la convergencia de la investigación para resaltar la centralidad de la enseñanza para la comprensión y un proceso para el diseño de currículos.

Cuenta con siete características importantes: 1. Es un proceso flexible.

2. Se enfoca en la habilidad de utilizar eficientemente el conocimiento y habilidades. 3. Comprensión de forma autónoma.

4. Planeación descendente en tres etapas: resultados esperados, evidencia de aprendizaje, y plan de aprendizaje

5. Enfocar en que el conocimiento pase. 6. Constante revisión de currículos.

7. Mejoramiento continuo para maximizar el aprendizaje [57].

Las tres fases para el diseño de currículos son: resultados esperados, evidencia de aprendizaje, y plan de aprendizaje.

Muchas veces los currículos intentan abarcar más de lo que el tiempo puede completar, por esto la primera busca claridad en los objetivos para transferir adecuadamente el conocimiento.

Se establecen los objetivos y las prioridades de aprendizaje, que al final es lo que el estudiante podrá hacer con los conocimientos adquiridos. Luego se debe pensar en cómo lograr que la transferencia de conocimiento sea exitosa, para ello se realizan los llamados performance tasks, que se centran en aplicar conocimientos a nuevas situaciones; un estudiante que comprendió el tema debe estar en capacidad de: explicar, interpretar, aplicar, demostrar perspectiva y empatía, además de tener un conocimiento propio. Para finalizar, la tercera fase se basa en desarrollar las actividades para cumplir con el proceso de transferencia de conocimiento, buscando que el profesor sea un retroalimentador que genera conocimiento [57].

Una de las aplicaciones de Understanding by Design es Defined STEM (definedstem.com), una iniciativa que define módulos de enseñanza, la cual desarrollo STEM bajo una aproximación UbD. Los performance tasks que allí se presentan, se basan en problemas de la vida real; los estándares que serán utilizados en la actividad se definen de forma clara acorde al sistema Estadounidense, teniendo en cuenta el tiempo y a la no inclusión de todos los existentes. Se hace además que el estudiante tome un rol determinante del proyecto(ej. ing. civil del edificio), para que así tenga mayor interés en el problema planteado y entienda por qué es importante generar soluciones que lo resuelvan teniendo en cuenta todas las partes interesadas del mismo. Para finalizar se pide expresar de cierta manera(gráficos, multimedia, texto, etc) los resultados, para así verificar la transferencia de conocimiento [58].

Aunque el contenido de Defined STEM tiene acceso limitado(se debe pagar) se puede acceder a quince días de prueba gratuita.

Un ejemplo que se puede ver en todo momento es un vehículo de exploración de Marte(http://www.definedstem.com/learn/performance-task/sample-performance-task-3.cfm) que debe llevar de forma segura un astronauta de la NASA a dicho planeta. El rol que se le plantea al estudiante es el de director del proyecto y su audiencia es un selecto grupo de especialistas de la NASA. Para resolver el problema se proponen 9 pasos:

1. Identificar el problema. 2. Crear el equipo.

3. Identificar restricciones.

4. Hacer lluvia de ideas para la solución. 5. Generar ideas(independientemente). 6. Explorar las posibilidades.

7. Seleccionar una solución. 8. Realizar un prototipo. 9. Refinar el diseño.

Para finalizar, los entregables de la actividad son: el prototipo, una presentación multimedia, un póster, un diagrama de flujo, un diario de astronauta y una carta de intención para la NASA. En cuanto al último entregable, esto es realizado con frecuencia en E.E. U.U, ya que por experiencia propia, las cartas son efectivamente enviadas y revisadas por una persona de la agencia o lugar de destino(mi caso personal(Grado 9 en Atlanta,USA fue una carta a la corte suprema, revisada por la corte en Georgia, quienes luego enviaron sus comentarios).

Educación en Colombia

En nuestro país la educación se define como un proceso de formación, tanto social como cultural(como se puede ver en [66]); según la constitución es un derecho personal, que tiene una función social y su regulación corresponde al estado, con el fin de velar por su calidad y formación integra del estudiante. Se debe entonces garantizar cubrimiento y condiciones que favorezcan la permanencia en las aulas [56].

En cuanto a cobertura neta(datos del 2012), los porcentajes se han mantenido bastante constantes en la última década: en básica primaria al rededor del 90%, secundaria tiene el 70% y media académica cuenta con cobertura del 40% [52]. Siguiendo con las condiciones educativas, se ve que es un tema que esta todavía poco desarrollado, pues la situación de violencia interna y el desplazamiento dejan a los estudiantes con pocas posibilidades para acceder todos los días a su educación [66].

Para medir su calidad, con respecto a los demás países del mundo, Colombia ha venido participando de diferentes pruebas a nivel internacional desde finales del siglo pasado; todas ellas enfocadas en alguno(s) de los siguientes aspectos: ciencias, matemáticas, lectura o competencias ciudadanas. En Colombia desde 2001 la evaluación es una política de estado [11], y se debe realizar cada tres años en los grados 3º, 5º, 9º y semestralmente(por cuestiones de calendario) en grado 11º, estas pruebas se conocen como SABER 3, 5, 7, 9, 11 y Pro.

TIMSS

Por sus siglas en inglés, Trends in International Mathematics and Science Study. Es una prueba que lleva más de veinte años midiendo la aptitud de estudiantes entre grados cuarto y octavo, para manejar y comprender las matemáticas y la ciencia; identificando así factores diferenciadores para las buenas prácticas en educación [11].

Los puntajes se dividen en niveles; bajo, entre 400 y 474 puntos; medio, entre 475 y 549; alto, de 550 hasta 624; y avanzado mayor a 625; siendo los 500 puntos con una desviación de 100 el promedio internacional de la prueba. Colombia participó de estas pruebas por última vez en el 2007, con resultados que dejan mucho espacio para mejorar, en las pruebas realizadas en octavo grado se obtuvo un promedio de 417 con desviación de 97 para ciencias. Los resultados se dividieron en 1% en nivel avanzado, 3% en alto, 18% en medio, 37% se ubicó en el bajo, y el 41%

no alcanzó el nivel mínimo de calificación de la prueba. El país más destacado en ciencias fue Singapur, con un promedio de 587 [12].

PISA

Programme for International Student Assessment, es una evaluación educativa liderada por la OCDE, que busca establecer qué tan bien preparados están los jóvenes de 15 años para participar activamente en la sociedad, esto mediante una prueba en lectura,matemáticas y ciencias naturales. Se realiza cada tres años desde el 2000 y cada iteración su énfasis cambia, siendo en 2015 ciencias [11].

Colombia ha participado en estas pruebas desde el 2006, y los resultados a través de los años no han sido nada satisfactorios, pues en una escala de seis niveles, con promedio de 501 puntos con desviación de 93 en ciencias, Colombia se ubica en los últimos lugares con 399 y desviación de 76. Pero si se observa por niveles la preocupación es mayor, ya que en el nivel superior, 5 y 6, solo se ubica el 0,1% de la población; el 30,8% alcanza el nivel básico, 2; y un 56,2% no alcanza la competencia anterior El país con mejor desempeño fue Shanghái con un promedio de 580, más de 150 puntos por encima del colombiano [13].

ERCE

Hace referencia a Estudio Regional Comparativo y Explicativo, el cual ha contado con tres versiones PERCE, SERCE, y TERCE, esta última llevada a cabo en 2013 y comprendió 15 países, todos ellos latinoamericanos. Se enfoca en tres áreas, que son: ciencias naturales, lenguaje, y matemáticas; aplicando las pruebas a estudiantes de tercero y sexto año, su objetivo principal es medir la calidad de la educación en la región, así como promover buenas practicas para orientar la toma de decisiones [11].

Colombia participó en el TERCE, superando en todos los niveles el promedio de la región. Los estudiantes que no alcanzaron el nivel bajo son el 7,07%, mientras que en Colombia son el 2,9%; para el nivel bajo se situaron 26,25% de colombianos contra un 38,92% de la región, en el nivel medio se encuentran 68,46% nacionales contra 52,54%; y para el nivel alto vemos que la región tiene un 1,48% de sus estudiantes, mientras Colombia cuenta con 2,39% de su población evaluada [14].

SABER

Son las pruebas para medir la calidad educativa a nivel nacional, y se realizan a

estudiantes de 3o, 5o, y 9o grado cada tres años, y grado 11º y profesional semestral y anualmente respectivamente; se enfoca en temas de ciudadanía, lectura, matemáticas y ciencias; y tiene como objetivo contribuir a mejorar la calidad educativa del país. Para el tema específico de

ciencias naturales se evaluaron las siguientes competencias: uso comprensivo del conocimiento científico, explicación de fenómenos, e indagación; en cuanto a distintos componentes: entorno vivo, entorno físico y ciencia, tecnología, y sociedad.

La distribución de la prueba en cuanto a sus componentes fue: 42% para entorno vivo y físico, y 16% para ciencia, tecnología y sociedad. Los estudiantes se clasifican en niveles de competencia, desde insuficiente (100-215 puntos), pasando por mínimo (216-326 puntos), satisfactorio (327-430 puntos), y avanzado (431-500 puntos). La distribución respectiva en dichos niveles fue de: 22%, 52%, 19% y 7% [15]; una apreciación de bueno o malo es equívoca, pues estos resultados no son comparables con otros países para medir la calidad de la educación colombiana respecto a los demás.

Como es posible ver en los resultados presentados anteriormente, de todas las pruebas, la calidad educativa en Colombia no es la esperada, y para lograr avanzar con los planes del gobierno actual(tener la mejor educación de América Latina) es necesario avanzar en gran medida, pues ni siquiera el municipio con mejores resultados(Zipaquirá) llega a tener el puntaje promedio requerido para dicho fin [55]. A continuación se presenta un resumen de los resultados, aunque en los anexos se pueden ver gráficos completos del desempeño en las pruebas.

La tecnología dentro del entorno educativo

Como ya se discutió anteriormente, la tecnología es una alternativa importante para unir las cuatro áreas de STEM, aunque no todo se puede enseñar a través de problemas en tecnología, se busca mediante esta área integrar para generar mejores comprensiones e interés por las áreas STEM.

La integración debe venir de la mano de los diferentes estándares de enseñanza con los que cuenta cada país, y debe acompañarse de un buen nivel de realidad en el contexto de los problemas, para que con ello el estudiante comprenda que una educación en STEM le será útil tanto en su vida personal como laboral y profesional.

Una de las estrategias que se ha utilizado con el fin de incluir una aproximación STEM a las aulas de clase es mediante problemas de la vida real, en los cuales se muestre a los aprendices como se pueden utilizar estas competencias para resolver diferentes situaciones en las que se vean involucrados; hacer que ellos desarrollen este tipo de proyectos hace que la

TIMS PISA TERCE

COLOMBIA 417 399 525

PROMEDIO(OCDE) 500 501 NA

confianza en estas áreas sea mayor, logrando que sus habilidades comunicativas y colaborativas se fortalezcan, así como ganan sentido social respecto a lo trabajado [3].

Formación en tecnología

Formar estudiantes en tecnología es un reto para todos los sistemas educativos, bien sea en países desarrollados o no. Existen una serie de lineamientos que se pueden seguir para buscar una mejor formación en dicha área, como los documentos de la International Technology Education Association, que creó un set de estándares para la formación efectiva en tecnología.

La estrategia planteada por dicha organización busca que los estudiantes en primera medida aprendan sobre la tecnología, cómo esta ayuda a resolver problemas; para luego poner en práctica todo lo aprendido mediante la experiencia, en el laboratorio.

Realizar esto es posible mediante la enseñanza de cinco grandes áreas, las cuales son: la naturaleza de la tecnología, tecnología y sociedad, diseño, habilidades tecnológicas, y el rediseño del mundo. La primera busca que el estudiante sea capaz de ver las características de esta, su concepto general y la relación que tiene con las otras áreas de conocimiento. después(tecnología y sociedad), se busca que se comprendan los efectos de la tecnología en el entorno, tanto político, social o económico, su influencia y el rol de la sociedad en la apropiación y uso de la tecnología. En diseño se tratan temas como los atributos de diseño, el proceso de diseño ingenieril, además de la invención e innovación para la resolución de problemas. Habilidades para un mundo tecnológico abarca la aplicación del proceso de diseño, el uso de diferentes sistemas tecnológicos y su impacto. Como última medida está el mundo diseñado con tecnología, entendiendo que ésta es utilizada en muchas, por no decir todas las actividades comunes, como la agricultura, medicina, comunicaciones, etc [18].

En Colombia también se cuenta con una estructura para la formación en tecnología, la cual se describe en un documento del ministerio de educación [19], éste se divide en cuatro grandes áreas(no cinco como se planteó anteriormente): naturaleza y evolución de la tecnología, apropiación y uso de la tecnología, solución de problemas con tecnología, y tecnología y sociedad; dejando de lado la parte de diseño que se mencionó anteriormente y replanteando dos de las anteriores.

Comenzando con la naturaleza y evolución de la tecnología, se busca el aprendizaje de los conceptos fundamentales, mediante su reconocimiento y relación con otras disciplinas, entendiendo así su evolución a través de la historia. En cuanto a apropiación y uso de la tecnología, se espera que el estudiante haga un uso consciente de esta, con el fin de aumentar la productividad y facilitar las diferentes tareas diarias. Pasando a la solución de problemas con tecnología, se plantea el manejo de los problemas mediante su observación, análisis, comprensión, diseño, y solución. Para finalizar se encuentra la parte de tecnología y sociedad, en la cual aparecen tres temas interesantes: la actitud que se tiene frente a la tecnología, vista desde

la sensibilización hacia ella, la cooperación y la apertura intelectual; la valoración social, que busca reconocer el potencial, así como las consecuencias que trae la adopción de tecnología; en último se encuentra la participación social, que busca más centrarse en la interacción que tiene la sociedad con los diferentes avances tecnológicos [19].

En básica primaria los cuatro componentes se trabajan de la siguiente manera(se pueden ver más detalladamente en el documento del ministerio de educación, [19]):

Para la primer competencia, naturaleza y evolución de la tecnología se busca conocer las creaciones del hombre para satisfacer sus necesidades, relacionándolas con los procesos y recursos involucrados. Luego aparece la apropiación y uso de la tecnología, en la cual el estudiante debe reconocer las características de funcionamiento de las tecnologías que tiene a su alrededor, y utilizarlas en forma adecuada y segura. En cuanto a la solución de problemas con tecnología, es necesario que se observen las ventajas y desventajas que trae una determinada tecnología a la solución de un problema aplicado a la vida real. Para finalizar, la competencia de tecnología y sociedad, en esta última el estudiante debe tomar conciencia sobre los efectos que trae la utilización de una tecnología en la sociedad y su entorno.

El trabajo actual pretende, además, introducir el mundo de la electrónica, la cual en parte es una forma de tecnología. El foco del trabajo está en la apropiación de tecnología y la solución de problemas con la misma; centrados en el marco de enseñanza de Colombia. Es importante mencionar que es interesante incluir el diseño de un nuevo mundo tecnológico, en el cual la electrónica tiene un amplio espacio de trabajo, pues llevada a diferentes industrias puede ayudar a solucionar problemas, hacer más eficientes las labores y automatizar procesos para ganar mayor productividad y competitividad.

La electrónica se encarga en gran medida del hardware de los dispositivos, cómo fluyen las pequeñas corrientes por los diferentes caminos para lograr diversos funcionamientos en las invenciones humanas, y uno de los campos más avanzados que podemos encontrar es la robótica, que tiene su base en la arquitectura sensor - actuador - procesador; que rápidamente explicada es tomar datos del contexto, procesarlos para producir una determinada acción. La robótica es un esfuerzo conjunto de varias disciplinas y un acercamiento a ella es el pensamiento computacional, que es utilizado por ingenieros para desarrollar sus dispositivos; en la siguiente sección se explica en mayor detalle.

Pensamiento computacional

“is a problem solving process that includes a number of characteristics and dispositions. CT is essential to the development of computer applications, but it can also be used to support problem solving across all disciplines, including math, science, and the humanities. Students who learn CT across the curriculum can begin to see a relationship between subjects as well as between school and life outside of the classroom” [28].

En cuanto a la actividad que se planteará más adelante, el pensamiento computacional es una herramienta indispensable, pues aunque no esté siendo utilizada literalmente, es importante conocer sus características para generar soluciones pertinentes en cada ocasión, como se menciona en la cita anterior. Los algoritmos no son esenciales para muchas actividades, como las que se trabajarán en este documento, aún así se enuncian por ser característica importante del pensamiento computacional.

Descomposición

Es el primer paso para la solución de un problema utilizando el pensamiento computacional; parte del hecho en el cual un problema global puede verse desde diferentes perspectivas locales, llegando así a tener muchos problemas pequeños, que entre todos conforman el problema global.

Existen diferentes técnicas para descomponer los problemas, y muchas de ellas se basan principalmente en el principio de divide y vencerás. Los siguientes puntos pueden ser aplicables a todo tipo de problemas:

•

Es importante tener en cuenta que se debe llegar a cierto nivel de granularidad en el cual sea fácil abstraer la mayor información posible, esto es más específicamente, llegar al nivel de detalle más bajo posible.

•

Del punto anterior se obtienen diferentes subconjuntos del problema, es necesario que la descomposición deje espacio para que cada mini problema sea resuelto de forma independiente y sin recurrir a recursos de los demás para su solución.

•

Al combinar todas las soluciones, se debe tener la solución la problema original [29] [30].

Patrones

Conociendo ya los subconjuntos que se van a trabajar, el siguiente paso es establecer las similitudes que se pueden encontrar en todos los elementos.

El reconocimiento de patrones es útil para todas las áreas de conocimiento, y una de las áreas en que se a estudiado a fondo ha sido en la inteligencia de negocios, donde se busca, llegar

a conocer mejor al usuario y las actividades que más posiblemente realice, según las acciones de sus semejantes y el contexto del problema. Una de las opciones más utilizadas en este campo es la segmentación, que consiste en definir aspectos comunes entre un problema objetivo, para de esta manera realizar un filtro que ayude a enfocar el problema y atacar las partes más relevantes de éste, dejando de lado las opciones que son menos favorables al contexto [32] [33].

Muchas aproximaciones se han dado, pero la forma estadística de reconocimiento de patrones es la más utilizada, ya que la mayoría de problemas tienen cierto grado de incertidumbre, lo cual lleva la solución a la necesidad de utilizar modelos probabilísticos para generar el mayor conocimiento [31].

Abstracción

Una vez que se descompuso el problema y se hallaron los patrones, el siguiente paso es abstraer la información de cada sub problema, para de esta manera detallar una solución genérica para el tipo de problema, que además pueda ser utilizada en contextos similares.

La creatividad viene de la mano de la distancia a la que se percibe un objeto, esta distancia puede definirse de diferentes maneras, pero lo importante es que afecta el modo en el que se perciben los objetos. Entre más cerca se tiene un problema, se tiende a pensar en una solución más detallada, mientras que si se ve el mismo contexto en general, desde lejos, se puede pensar en una respuesta que de verdad responda las necesidades; un ejemplo esta en el iPod, ya que pensó en la portabilidad, no de la música, sino el contenido multimedia. Es pensar en cómo la gente estará interactuando con el contexto dentro de un tiempo [34].

Enfocarse en el problema global es entonces una forma de verlo desde una perspectiva diferente, la cual en cierta forma puede llegar a simplificar la solución propuesta, satisfaciendo las necesidades de las que arrancó el proceso.

Algoritmo

Un algoritmo es un conjunto de instrucciones, que toma una serie de entradas, les realiza un procedimiento, para logran un resultado satisfactorio; en el se encuentra la lógica de la solución, la cual es la que da principalmente su valor [35]. Su complejidad se da al expresar en forma de paso a paso una solución, sin omitir detalles. Al ser ejecutado por una máquina, que en el fondo es un dispositivo con hardware a base de transistores, el algoritmo debe ser preciso, exacto, y debe dejar de lado cualquier posibilidad de incertidumbre en su ejecución.

La importancia de los algoritmos recae en que su diseño es una aproximación grande a la solución del problema, pues es una serie de instrucciones que juntas logran un cometido final. Tener un buen algoritmo soluciona una necesidad de forma acertada, y esto es de gran importancia, no solo en la computación, sino en la vida diaria, pues esta esta llena de problemas y

necesidades a las cuales se les debe dar una solución, y la solución que está de moda hoy en día es la tecnología.

Robots educativos

Antes de comenzar con los robots educativos es importante explicar rápidamente cómo funciona la robótica, que se basa, como se ha dicho anteriormente en la arquitectura sensor - actuador - controlador de todo sistema automático; pero tiene el plus de realizar de forma más efectiva las tareas del ser humano. Comenzando con los sensores, son dispositivos que tienen la capacidad de medir variables físicas o químicas presentes en el entorno y transformarlas en una señal eléctrica con la que después se realizarán diferentes acciones, dependiendo de la variable de instrumentación que se esté tratando y el comportamiento deseado. Los actuadores son tema que corresponde a otra área de ingeniería, pero son los encargados de realizar la acción debida. Por último aparecen los controladores, que pueden ser representados como software, y en electrónica por sistemas de control, los cuales se encargan de administrar el funcionamiento de los demás sistemas, mediante lazos abiertos o cerrados, que se diferencian en la retroalimentación que puede ser recibida por el mismo sistema.

Ahora bien, entrando en el nivel educativo, la robótica tiene un gran sustento en las teorías de Piaget, quien argumentó(a mediados del siglo pasado) que al momento de adquirir conocimiento, la manipulación es la base del éxito; al contar con cubelets, que son dispositivos que se manipulan con facilidad(basta con juntar los cubos y los imanes hacen el resto), los estudiantes tendrán una experiencia cognitiva mucho mayor, la cual será de gran ayuda para adquirir el conocimiento necesario [39].

Uno de los primeros acercamientos entre la robótica y la educación se dio entre Seymour Papert, profesor del MIT (Massachusetts Institute of Technology), quien ideo LOGO, un lenguaje de programación mediante el cual los niños podían acercarse al mundo de la computación de una forma divertida y creativa, lo cual llamó la atención de LEGO, para que hoy en día trabajen ambas instituciones de la mano en pro de mejorar la educación.

Pero con el paso del tiempo han aparecido diversas plataformas para apoyar la educación mediante la robótica, a continuación entonces presentamos algunas de ellas que pueden ser de gran utilidad en el desarrollo del proyecto.

Lego Mindstorms

Es un robot creado por LEGO, el cual tiene como gran fuerte la capacidad creativa que da la empresa a sus usuarios, ya que consta de muchas partes armables, sobre las cuales se pueden construir modelos, que se muevan, hablen, y hagan todo lo que la imaginación pueda lograr. Es posible manejarlo desde un dispositivo móvil, y su programación es bastante sencilla.

El robot cuenta, además de las piezas de cualquier juego de LEGO, con: un programador, el cual sirve como centro de control y alimentación del robot, con cuatro entradas y salidas; diferentes tipos de sensores, como color y de toque; un control remoto; y tres motores, dos grandes y uno mediano, para mayor precisión.

Su gran debilidad está en el precio, ya que la unidad esta cerca al millón de pesos, lo que lo hace de difícil acceso para entidades públicas [40].

Cubelets

De la compañía modular robotics, cubelets es una serie de cubos que se conectan entre sí para generar un robot que realiza diferentes funciones. Es una muy buena alternativa para empezar a trabajar con la robótica y el pensamiento computacional, ya que esta diseñado con el fin de enseñar el funcionamiento de sistemas complejos de una forma sencilla y divertida.

Existen diecisiete tipos diferentes de bloques, desde la batería, pasando por bloques de movimiento, de sensado como proximidad, luz, brillo o temperatura, parlantes, funciones básicas como máximo o mínimo, etc. Además tiene la ventaja de que todos los cubos son de igual tamaño y forma, con lo cual es posible armar muchos robots de forma sencilla y en poco tiempo. En la página 19 se encuentra una mejor descripción de los cubelets, y más adelante propuestas sobre cómo utilizar otro tipo de cubelets en diversas actividades.

Su precio es de unos 60 000 COP por cubo, y existen paquetes de seis, por un valor de 300 000 COP y 20 por un millón de pesos [41] .

Moss

Es realizado por la misma empresa que cubelets, por lo cual tiene un funcionamiento muy similar, pero es un poco más avanzado que el anterior, haciéndolo ideal para niños de edades más avanzadas, y que ya se encuentren un poco más familiarizados con aspectos técnicos, pues todos los cubos pueden cumplir la misma función en cada uno de sus lados bien sea, transmisión de datos, encendido y transporte de datos.

Se encuentran dos tipos de robots, el Zombonitron y el Exofabulatronixx, el primero es mucho más básico y puede realizar menos funciones que el segundo, por lo cual es más recomendable para realizar en primer lugar. Los cubos se unen por medio de imanes en cada uno de sus lados, y existe la posibilidad de incluir manos o pies en el robot.

El precio varía según cada una de sus versiones, para la primera se encuentra en 400 000 COP y la segunda supera ampliamente el millón de pesos [42].

Makeblock

Es una solución creada por una empresa española, su funcionamiento es muy similar a lego, ya que tiene diferentes tipos de piezas que pueden ser ensambladas entre sí para crear desde carros hasta impresoras 3D. Su diseño reforzado en aluminio lo hace ideal para cualquier edad y para hacer crecer la imaginación de cada individuo.

La lógica se maneja mediante arduino, una plataforma que permite desarrollar diferentes aplicaciones electrónicas y aplicarlas al sistema mecánico creado, esto por medio de diferentes tipos de comunicación, como bluetooth o wifi.

Su precio es de 300 000 COP en su versión bluetooth y 230 000 COP en su versión infrarroja, las cuales difieren en las extensiones que tiene la placa de programación [43].

Múltiplo

Esta empresa argentina se basa en poner la robótica al alcance de todos, para utilizar múltiplo solo es necesaria una idea; esta basado también en un sistema similar a lego, lo cual hace que se puedan crear infinidad de aplicaciones. Para utilizar las diferentes piezas existen colores, que sirven como guía para conectar las cosas en su sitio, luego del ensamble se debe dar vida al robot, esto mediante la batería y la programación.

Para hacerlo inteligente el robot debe ser programado, con lo cual existe una base en arduino, la cual es fácilmente manejable debido a que se cuenta con un entorno de programación gráfico, que ayuda a los pequeños aprendices a dejar de lado el miedo.

Su precio varía entre los diferentes kits, pero se pueden encontrar en el rango de medio a un millón de pesos [44].

TABLA 1. COMPARACIÓN DE ROBOTS EDUCATIVOS.

Lego

Mindstorm

Cubelets Moss Makeblock Multiplo

Descripción Soluciones robóticas para dejar volar la imaginación debido a sus múltiples piezas.

Robótica modular, es posible crear diferentes ambientes dada su facilidad y simetría en los componentes. Se pueden tener inclusive dos robots iguales con pero que tengan diferentes funciones.

Piezas de aluminio, con las que se pueden armar robots duraderos de forma sencilla. Gran cantidad de elementos que permite dejar correr las ideas y crear casi cualquier cosa.

Sensores toque, luz, color y ultrasonido bluetooth, flash, distancia, brillo, toque, temperatura flash, ruido, toque, proximidad, brillo ultrasonido, sonido, límite, movimiento, toque, infrarrojo ultrasonido, infrarrojo, luz Ambiente de programación Basado en LabView No/Cubelets studio(basado en C, para programadores con mayor experiencia)

Scratch Arduino/Scratch miniBloq, basado en arduino

Precio (COP), versión más económica

Cubelets

La robótica hoy en día se ha tomado seriamente el mundo industrial, y ya existen algunas aplicaciones que se pueden encontrar en hogares, oficinas, e incluso en nuestro cuerpo. Es por eso que toma gran importancia el conocer de primera mano qué es y cómo podemos sacar ventaja de todo lo que nos ofrece la robótica.

Un robot es un dispositivo que tiene tres funciones importantes: sensar, pensar y actuar, estas tres actividades tienen subdivisiones importantes, pero básicamente esa es la idea que rige un robot. Se toman datos del entorno(sensar) los cuales deben ser procesados por el robot(pensar), para producir un resultado que sea de utilidad para el usuario(actuar). La empresa americana, modular robotics, tomó muy enserio esta anterior definición y la llevó a una serie de dispositivos de muy fácil manejo, los cuales son ideales para un primer acercamiento a la robótica, los cubelets.

Cubelets son dispositivos electrónicos, que juntos pueden crear una gran variedad de robots, se cuenta con diecisiete diferentes cubos, los cuales realizan cada uno una de las tres tareas anteriormente mencionadas, pensar, actuar o sensar. Los cubelets que se encargan de sensar las diferentes características del ambiente se pueden reconocer por ser de color negro y son: brillo, distancia, temperatura, y perilla; los que se encargan de pensar y procesar lo que se obtiene se caracterizan por ser de diversos colores y son: umbral, pasivo, máximo, mínimo, inverso, bloqueo, bluetooth, y batería; para la parte de actuar, es posible distinguir los cubelets por su tonalidad transparente y son: gráfico de barras, manejo, linterna, parlante, y rotación. A continuación se explican los 17, más detalladamente.

• Gráfico de barras: muestra en una serie de barras luminosas el valor que tiene el bloque en cada momento.

• Batería: es el cubo que hace que los demás funcionen, les da energía.

• Bloqueo: aísla dos partes del robot, deja que pase energía por todo el robot, pero no deja que los datos de un lado interfieran el otro pedazo del robot.

• Bluetooth: puede comunicarse con diferentes dispositivos móviles, de este modo se puede bien re programar la acción predeterminada o ver en la pantalla del dispositivo los cambios presentados en la lectura de los cubelets, por ejemplo la lectura de los sensores.

• Brillo: detecta la luminosidad de un espacio mediante una fotocelda, su valor es menor entre mayor es la oscuridad.

• Distancia: mediante un sensor infrarrojo, detecta la distancia a la que se encuentra un objeto, a distancias de 10cm su valor es alto, y bajo en 80cm.

• Manejo: contiene dos ruedas y un motor, se mueve en una sola dirección mediante los valores de los demás cubos.

• Linterna: emite una luz LED blanca, la cual se intensifica con valores mayores de entrada.

• Inverso: su salida es el inverso del promedio de señales que recibe como entrada. • Perilla: en uno de sus lados tiene un potenciometro, el cual saca 1 o 0 dependiendo del

lado en que se encuentre, es útil para dar una referencia de señal.

• Máximo: calcula el valor máximo entre las diferentes señales que le están entrando por sus lados.

• Mínimo: calcula el valor mínimo entre las diferentes señales que le están entrando por sus lados.

• Pasivo: realmente simple, su función es actuar como cable en robots muy grandes. • Rotador: una de sus caras gira dependiendo del valor de entrada que detecte. • Parlante: emite un sonido dependiendo del valor que percibe como entrada.

• Temperatura: funciona con una termoresistencia, detecta valores entre el punto de congelamiento y aproximadamente 35ºC, teniendo valores de 0-1 respectivamente. • Umbral: mediante una perilla, tiene la capacidad de que los valores no sean pasados

entre los cubos hasta que se sobrepase el valor ajustado.

Su manejo es muy sencillo, ya que en primera medida no es necesario saber programación, pues vienen programados por defecto con una acción predeterminada. Es posible programarlos, para aquellos que sepan del tema, pero esto requiere de la aplicación para poderlos controlar y programar, además del cubelet bluetooth, que se encarga de comunicarse con el dispositivo móvil e informar a los diferentes cubelets la nueva programación propuesta.

Es importante que todo robot que se arme cuente con un cubelet batería, ya que éste es el que se encarga de suministrar energía a todo el dispositivo final; además de esto(tomando la definición inicial, todo robot debe sensar, pensar, y actuar) se debe, obligatoriamente, tener un cubo sensor y un actuador para armar un robot. Así pues se puede armar un robot con solamente tres cubos, y desde allí la imaginación puede llevar a muchos caminos diferentes.

En cada uno de los lados del cubo, sin contar la cara que realiza la acción necesaria, existen imanes, los cuales se encargan de pasar la información y servir como medio de polarización del dispositivo; la información fluye de cubo a cubo por los imanes que conectan las diferentes caras de cada cubo con sus vecinos. Los cubelets de sensado pasan así la información que recolectan a todos los cubelets que sean sus vecinos(tengan una cara conectada a él), y los cubos de acción toman todas las señales de sus vecinos y las convierten en una acción.

Si se quieren ver otras actividades que se pueden realizar con cubelets, incluyendo una sobre pensamiento computacional se puede visitar la sección educativa de cubelets [67], en donde hay diversas actividades para diferentes niveles de edades.

El utilizar cubelets en edades tempranas trae ventajas y desventajas. Entre las ventajas se puede encontrar la facilidad de uso de la herramienta, ya que son dispositivos grandes, que no tienen piezas que se pueden perder con facilidad; sus uniones se realizan por medio de imanes, y cada una de sus caras(a excepción de la que realiza la acción) se pueden unir y pasar información entre ellas, con lo cual no hay preocupación sobre terminales específicas para cada entrada o salida de datos. Se puede enunciar también la falta de programación, tanto como una ventaja en cuanto a que se puede explorar mejor el funcionamiento y sus características sin tener que entrar en temas técnicos, y como desventaja, pues las creaciones pueden llegar a ser muy poco robustas y no se tiene un control total sobre las acciones a realizar. La desventaja más grande aparece en cuanto a la falta de un controlador en todo el sentido de la palabra, y que dicho elemento no puede ser explorado en su totalidad; pero teniendo en cuenta los cursos con los que se trabaja, y que utilizar un buen controlador requeriría de aspectos técnicos como la programación, se decidió utilizar unos muy básicos, que ayuden a cumplir con el desarrollo de la actividad y no se pierda tiempo en aspectos poco relevantes, que salen de los objetivos planteados.

Caso de éxito

Aunque se encuentran varios casos, mayoritariamente en Estados Unidos, sobre la utilización de cubelets en actividades académicas, son pocos los que cuentan con una documentación precisa de la actividad realizada y sus resultados y conclusiones. A continuación se presenta entonces un caso de aplicación de cubelets con estudiantes de octavo grado, quienes estarían a un paso de comenzar la última etapa escolar de su sistema educativo.

La prueba que se describirá fue realizada a una población de estudiantes de grado 8º en Colorado, donde un poco menos de la mitad de la población del curso es de origen latino, y casi tres cuartas partes no tienen un rendimiento satisfactorio en matemáticas. Los grupos estaban conformados, el primero por 9 mujeres y 8 hombres, y el segundo por 20 mujeres y 6 hombres; ambos grupos contaban con un estudiante discapacitado.

La actividad se dividió en 2 partes, cada una una sesión de media hora. Para la primera parte se pretendía dar una introducción a la herramienta y hacer unas funciones básicas con los cubelets, se separaron entonces grupos de cuatro personas, y a cada uno se le dio un kit para armar los siguientes robots:

•

Alarma

•

Torre de luz

•

Atrapador

•

Corredor

•

Seguidor de línea*

La mayoría de grupos fueron capaces de generar todos los primeros 5 robots, mientras que solo uno consiguió realizar el seguidor de línea. Para la segunda actividad se enfocó en realizar robots capaces de realizar tareas más complicadas, como una compuerta lógica o u mecanismo similar a una mano humana; en ésta parte se introdujeron conceptos como condicionales y ciclos, además los estudiantes comprendieron la separación entre la lógica y el dispositivo físico, esto pues a tarea no era solo armar, sino también descubrir el funcionamiento de robots prediseñados.

Al terminar la actividad, se pidió a los estudiantes contestar un cuestionario igual al que se les había sido presentado al inicio encontrando que, siendo las mismas preguntas, las respuestas obtenidas tenían un mayor grado de certeza, ya que en algunas ocaciones se hablaba de entradas y salidas o eficiencia. Además se observó una mayor comprensión en la conjunción que existe entre la robótica y la computación. Por último, el interés sobre la computación creció.

Este estudio se puede ver más detalladamente en [60].

*Para realizar todos los robots mencionados anteriormente es necesario contar con más cubelets que con los que se tienen para este proyecto, como un máximo, un parlante y un linterna


Problemática

Colombia ha tomado la educación como uno de sus ejes principales para el desarrollo, pues está visto que el mejorar en ella tiene un gran impacto en el crecimiento económico del país, lo cual se verá en una menor pobreza. Por otro lado, las tecnologías de información representan un rubro importante en cuanto a el PIB mundial, ya que dicho aporte(TI al PIB) ha crecido en un 3,5%, superando el de Canadá o España, y creciendo más rápido que el de Brasil [21][61].

Debido a que los recursos que llegan a las entidades públicas no son tan grandes que los que la educación privada logra obtener [48], y a que en gran medida se busca aumentar cobertura [52], sin tener presente el tema de calidad y ubicación, se pueden encontrar cuatro puntos importantes que desembocan en una pobre educación en nuestro país.

I. Calidad: que abarca a todo el sistema educativo; comenzando con los maestros, quienes en gran parte pertenecen al estatuto viejo, en el cual no son evaluados y se espera que con el paso del tiempo sean mejores, lo cual no siempre es cierto [62]. Por otro lado se encuentran el Índice Sintético de la Calidad Educativa (Isce) que en una escala de 1 a 10 calificó a Colombia en un promedio de 5 puntos, teniendo en Zipaquirá su mejor municipio(superando a Bogotá) con una puntuación de 6,69 y Tumaco el peor con 3,48; para ser el mejor de America latina, como pretende el gobierno, se debe llegar a un promedio superior a los 7 puntos [45].

II. Pertinencia: Se refiere a enseñar las capacidades que son necesarias para enfrentar la vida en general, y laboral en específico, de manera adecuada; los jóvenes de hoy no esta aprendiendo lo que las empresas necesitan que sepan, lo cual genera pérdida de competitividad debido a la necesidad de reentrenar a los trabajadores. Otro factor importante es la falta de un segundo idioma, cuando muchas veces hoy en día, un tercero es necesario, pues existen carreras como la ingeniería o la administración en las que ser competente en inglés tiene grandes ventajas [62].

III. Tecnología: En cuanto a el uso de tecnologías se pueden ver dos aspectos importantes a la hora de analizar el panorama nacional: el primero es el resultado arrojado por las pruebas PISA, realizadas en niños de 15 años, donde se mostró que solamente un 30% de los participantes llega o supera el nivel mínimo; mientras que en Colombia, la encuesta de alfabetización digital, arrojó la preocupante cifra de que solamente el 45% de los colombianos tiene una noción sobre uso de tecnología [62].

IV. Brecha: Por último es importante hablar sobre el espació que hay entre las instituciones públicas y privadas; estudiantes de colegios privados y con padres educados tienen un desempeño mayor que sus similares en colegios públicos y que viven lejos de zonas urbanas, esto se puede ver en gran medida con las pruebas SABER y PISA, en donde se encuentra una diferencia de 30 y 60 puntos respectivamente. Las horas de clase, que en entidades

privadas son mayores(45% cumple la única jornada, en comparación con 10% en la educación pública), son también un factor determinante en los resultados; agravando la situación, y en relación con la calidad, se ve que quienes ingresan a la docencia son los estudiantes menos capacitados(menores puntajes) [55].

Anteriormente se tocaron cuatro puntos de suma importancia para mejorar la educación en Colombia, pero el problema en el que se centra especialmente este proyecto es en la tecnología en mayor medida y un poco en pertinencia; ya que son los dos que mayoritariamente se pueden atacar desde el área de estudio en la que se trabajó. En cuanto a tecnología se tiene en cuenta que menos de la mitad del país tiene noción sobre ella, un área que será de gran importancia para el futuro laboral de las personas, por lo cual se pretende ayudar a cubrir dicho bache; el tener mayor conocimiento en tecnología también ayudará a que se descubran nuevas formas de ver los problemas cotidianos y sus soluciones. Ahora, es importante tener en cuenta que lo que se enseña también debe ser acorde a lo que necesita el estudiante para llevar su día a día de la mejor manera posible, y sobrepasar adecuadamente los obstáculos que se le presenten, es por eso que se deben adquirir habilidades que se puedan utilizar en diferentes contextos.

Solución propuesta

Teniendo claros los temas tratados anteriormente: la educación STEM, el marco UbD, enseñanza de tecnología en el país, el pensamiento computacional, y los robots educativos, se plantea una propuesta de trabajo, en la cual los estudiantes comprendan mejor la importancia de la tecnología y cómo esta es de gran ayuda para la ingeniería y viceversa.

Otro de los puntos que se deben tener muy en cuenta al momento de definir la solución es la problemática planteada en la sección anterior; aunque no se pretende con éste trabajo abarcar los cuatro literales de los cuales se habló, sí es posible generar un aporte válido a la sección de tecnología en mayor medida, y en menor medida a la pertinencia; la calidad y la brecha son temas que pese a su gran importancia y necesidad, se deben abarcar desde una perspectiva diferente a la ingeniería, debe ser un trabajo con enfoque diferente.

Para atacar los frentes que corresponden a éste trabajo, tecnología y pertinencia, se plantea una solución que se basa en el uso de robots educativos, para que así los estudiantes tengan una mayor interacción dentro de la actividad, y puedan generar conocimiento construyendo por ellos mismos las soluciones. En cuanto a tecnología se hará uso de la herramienta cubelets(que aparece antes de la problemática; pg 20), además algunas de las actividades propuestas. Para a la pertinencia, se pretende seguir el planteamiento UbD para generar guías de alta calidad, y los casos de éxito mencionados anteriormente.

Las actividades propuestas buscan introducir el mundo de la robótica y algunos de sus conceptos, mas no construir un robot robusto en todo el sentido de la palabra. La elección de la solución se basó en los siguientes requerimientos:

Los seis requerimientos anteriores se trabajarán teniendo en cuenta los componentes de tecnología descritos por el ministerio de educación en [19], aunque es importante aclarar que no todos podrán trabajarse en la misma profundidad. A continuación entonces se describe la profundidad con la que se espera trabajar sobre cada uno de los componentes:

•

En cuanto a naturaleza y evolución de la tecnología, y tecnología y sociedad: se espera trabajar sobre la evolución que ha tenido la robótica, y cómo ésta ha ayudado al ser humano para mejorar sus condiciones de vida R1 Enmarcar el proyecto dentro de una situación del mundo real

R2 Entender las funciones necesarias de un robot y la importancia de éstos en la actualidad R4 Elegir de manera adecuada los elementos a utilizar, según sus cualidades

R5 Realizar diseños que sean efectivos en las diferentes dimensiones del proyecto(costos, tamaño, restricciones, etc)

diarias, al ayudarle a solucionar problemas que anteriormente requerían un alto nivel de trabajo o sofisticación.

•

Para la apropiación y uso de tecnología, y solución de problemas con tecnología se pondrá un esfuerzo mayor, ya que son las dos partes centrales de la actividad. En éste punto se espera que los estudiantes sean capaces de frente a un problema, elegir adecuadamente los elementos que satisfagan de mejor manera los requerimientos y entender las partes fundamentales de su solución, para que así puedan argumentar ante un público el porqué de su solución.

•

Por último, aunque no es un componente descrito por el ministerio de educación, se espera darle a los estudiantes un poco de conocimiento sobre diseño en ingeniería, esto se hará mediante pistas que podrán ser recorridas por diversas configuraciones de un mismo robot, pero teniendo en cuenta las restricciones de cada caso, algunas configuraciones realizan mejor la tarea(en cuanto a tiempo o velocidad) que otras.

El núcleo del trabajo será un seguidor de línea, que debe ser sorteado por medio de un robot, creado por el grupo de estudiantes. Para llevar a cabo la actividad, se pretende hacer uso de diferentes actividades, las cuales serán explicadas con detalle en la siguiente sección.

Al no ser necesaria la programación de los cubelets, se puede realizar una actividad que se centre más en el funcionamiento de un robot, apropiación de tecnología y el diseño en ingeniería, más no tanto en sus aspectos técnicos. Así pues, se pueden dejar de lado aspectos poco importantes y más avanzados como la implementación de algoritmos con lenguajes de programación. La robótica modular es interesante para el desarrollo del trabajo, pues los cubos son de igual tamaño y forma, con lo cual las soluciones son muy variadas, lo que ayuda a que cada grupo deba justificar el porqué de su diseño.

Es importante también reconocer las fallas que tiene realizar la actividad de esta manera. En primer lugar, puede que su realización sea sumamente rápida, ya que son cubos muy fáciles de manejar(no tomó mucho tiempo a los estudiantes entender su funcionamiento). Además, dependiendo de si se compra un kit o piezas por separado, puede que no se puedan realizar muchas variantes al ejercicio y se vuelva único; poder tener variantes sobre las actividades implica mayor inversión.

Para el diseño de la actividad se seguirá el marco de Understandong by Design el cual se enfoca en tres puntos importantes para diseñar una actividad de forma descendente. El primer paso es definir claramente los resultados que se espera obtener, para esto es necesario tener claro cuáles son los objetivos que se deben transferir, cómo llega el estudiante a entender las ideas, las preguntas esenciales a considerar, los logros que se trabajarán y el aprendizaje que

tendrá el estudiante. Siguiente a esto se debe tener evidencia de la transferencia de conocimiento, esto mediante la definición de los productos y habilidades que evidenciarán la transferencia de conocimiento y el criterio de evaluación para alinear la primera etapa con los productos y habilidad. Para finalizar se planean las actividades, pensando en cuáles actividades son las más necesarias para transferir correctamente el conocimiento, cómo se van a monitorear, su factor diferenciador y su nivel de alineamiento con los pasos anteriores [63].

Actividad

El objetivo principal de esta sección es describir con mayor profundidad la actividad que será desarrollada, siguiendo el marco de Understanding by Design. El trabajo siguiente tiene como principal referencia: The Understanding by Design Guide to Create High Quality Units [63].

Resultados esperados

La planeación de los resultados esperados debe venir de la mano de la transferencia de aprendizaje; ésta se puede ver en la capacidad de llevar los conceptos a otro contexto y aplicarlos de manera adecuada. Para contextualizar la actividad, y con miras a que el estudiante comprenda los temas, se realizan las preguntas esenciales, que tienen como finalidad que el alumno se indague profundamente sobre los diferentes aspectos de la tarea, pues de ésta manera es como los “expertos” tienen su conocimiento; mediante la indagación profunda de cómo o por qué suceden las cosas, y qué cambios se dan en los diferentes contextos a los que se puede aplicar un concepto.

Para planear los resultados esperados se deben tener muy en cuenta los objetivos primordiales, ya que muchas veces los planes del gobierno intentan abarcar mucho en poco tiempo. Para lograr una transferencia exitosa de conocimiento se debe tener en cuenta cuáles de los objetivos son los verdaderamente primordiales para los estudiantes y la actividad, y centrarse en ellos para tener mayores probabilidades de éxito.

Así pues, esa actividad busca: en cuanto a transferencia lograr que los estudiantes sean capaces de utilizar por ellos mismos el conocimiento para elegir adecuadamente la forma de utilizar sensores en una solución robótica y comparar diversas configuraciones para elegir la que mejor ataca el problema planteado. Pasando a los entendimientos se resalta el concepto de la arquitectura sensor, actuador, controlador, principios básicos de diseño en ingeniería, y que diversas configuraciones pueden afectar el rendimiento o robustez del sistema. Para finalizar, aparecen las habilidades que adquieren, se busca entonces que puedan utilizar adecuadamente la herramienta cubelets, para prototipo rápidamente soluciones robóticas, así como la capacidad de presentar ideas efectivamente sus ideas.

Evidencia de comprensión

El punto más importante durante esta sección es trabajar como un asesor para determinar en qué medida se debe determinar que los estudiantes han adquirido el conocimiento y habilidades necesarias. Para esto se requiere que los estudiantes estén en la capacidad de aplicar lo aprendido en una serie de tareas, las cuales no deben implicar únicamente la memorización, sino la capacidad de poner en sus propias palabras, soportar y justificar su solución, mediante diferentes productos.

Una tarea válida se puede reconocer fácilmente si responde a: los resultados de esta tarea harán concluir que los objetivos planteados anteriormente fueron satisfechos?

Para tener una transferencia exitosa del conocimiento se deben diseñar los performance tasks, que son las tareas que deben realizar los estudiantes. En específico para la actividad actual se plantean tareas incrementales. Se comienza con recorrer una pista de obstáculos en parejas, luego se trabaja con la herramienta cubelets; en primer lugar se trabaja sobre la clasificación de los cubelets en sus diferentes tipos, luego se utiliza el sensor de distancia para comprender su funcionamiento mediante algunas acciones específicas, para finalizar se crea un robot más complejo que funcione como seguidor de línea.

Planeación de la actividad

Una vez se pasan las dos primeras etapas, se debe planear el plan de aprendizaje de manera en que se puedan alinear los objetivos con las tareas, definidos en las etapas 1 y 2 respectivamente.

Una buena unidad no bede ser del todo rígida, debe mejor ser flexible y poderse moldear dependiendo de la retroalimentación recibida. A continuación entonces se muestra la unidad diseñada.

Stage 1 Desired Results

E S T A B L I S H E D G O A L S

Te n i e n d o e n c u e n t a e l documento del MEN [19]:

Utilizo tecnologías de la i n f o r m a c ión y l a comunicación disponibles en mi entorno para el desarrollo d e d i v e r s a s a c t i v i d a d e s ( c o m u n i c a c ión ,

Transfer

Students will be able to independently use their learning to…

•

Seleccionar de manera adecuada los elementos que permitan construir una solución robótica que resuelva un problema específico.

•

Comparar los diferentes usos de un mismo sensor y medir su respuesta a medida que varía la distancia.

•

Explicar cómo la robótica ha ayudado a la humanidad a realizar tareas de manera más sencilla, óptima o divertida.