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A4C “Arduino For Children” Una Alternativa Que Hace Uso De La Robótica Para El Desarrollo De Competencias Descriptivas

A4C una alternativa que hace uso de la robótica para el desarrollo de competencias descriptivas en los grados de primaria de la IE CEDID Ciudad Bolivar.

Lina Margarita Uribe Sichaca

[email protected]

Jamilton Vega Africano

[email protected]

IE CEDID Ciudad Bolivar

Cundinamarca, Bogotá, Colombia

RESUMENLa presente ponencia busca evidenciar las posibilidades que se pueden tener con el trabajo de robótica dentro del aula de clase como medio didáctico para el desarrollo de competencias en lenguaje, enfocándose en la descripción de fenómenos físicos que puedan ser evidenciados con ayuda del computador, esto se realiza con estudiantes de la Institución Educativa CEDID Ciudad Bolivar ciclo 1 (nivel primaria), ubicada en el lado sur de Bogotá, Colombia.

Para esto se desarrolla un dispositivo que pueda ser trabajado con estudiantes en edades de 7 a 12 años, de fácil programación y que pudiera cumplir los objetivos acá descritos, este dispositivo recibe el nombre de A4C “Arduino For Children” y como características tienen la posibilidad de trabajar con 3 motores DC, 1 motor variable, 2

sensores de luz, 2 sensores de temperatura, 2 infrarojos y 2 servo motores.

Para la implementación de prácticas en el aula de clase también se diseña una unidad didáctica la cual es implementada y sirve como guía para docentes que quieran realizar trabajos similares.

ABSTRACT

This paper seeks to show the possibilities that can be had with robotics work within the classroom as a teaching tool for the development of language skills, focusing on the description of physical phenomena that can be evidenced with the aid of the computer, this is performed with students of School CEDID Ciudad Bolivar cycle 1 (primary level), located on the south side of Bogotá, Colombia.

Los autores de este documento manifiestan que el texto, las imágenes y demás anexos son de su propia creación o tienen la autorización para hacer uso de ellos. Además dan la autorización para que este documento se pueda descargar, distribuir y publicar siempre y cuando se les reconozca su autoría y se realice sin fines comerciales, de acuerdo con los términos de la Licencia Creative Commons By-Nc: http://creativecommons.org/licenses/by-nc/2.5/co/

http://creativecommons.org/licenses/by-nc/2.5/co/

mailto:[email protected]

For this we developed a device that can be worked with students ages 7 to 12 years, easy to program and could meet the objectives described herein, this device is called as features A4C and have the opportunity to work with 3 motors DC, 1 motor variable, two light sensors, two temperature sensors, 2 infrared, and two servo motors.

For the implementation of practices in the classroom also designed a teaching unit that is implemented and serves as a guide for teachers who want to do similar work in the classroom.

Palabras claves.

Robótica, robótica educativa, competencias descriptivas, lenguaje, material didáctico.

Problema educativo

En este apartado se dará a conocer el problema detectado en el área de Humanidades, en el campo de la competencia descriptiva, en el colegio CEDID Ciudad Bolívar Sede C “Perdomo Alto”, en los niños de ciclo uno y como se busca dar solución a este a través del uso de la robótica educativa y una unidad didáctica.

Según los resultados arrojados por las Pruebas Pisa 2009, Colombia ocupa en habilidad lectora el puesto número 52, de 62 países evaluados en ese año; de igual manera los resultados arrojados por las pruebas

Saber de grado 5 muestran una disminución del promedio en el área de lenguaje, en el 2005 el promedio nacional a nivel de instituciones oficiales urbanas fue de 291 y en el 2009 fue de 288 y para instituciones no oficiales para el año 2009 el promedio en esta misma área fue de 342.En el Colegio CEDID Ciudad Bolívar Sede C “Perdomo Alto” a diario se evidencia la poca creación de textos descriptivos en primer ciclo por falta de motivación; en diferentes ocasiones los niños dicen no encontrar temas que les llame la atención, además los docentes se quejan de no contar con herramientas que los motiven, se ha notado en estos niños el gran gusto por el uso de la sala de informática reflejado en el entusiasmo que se da a la hora de trabajar en esta, pero el docente que tiene a cargo dicha sala no genera espacios que permiten abordar temas de lenguaje, específicamente en competencias descriptivas.Lo expuesto anteriormente se puede abordar a partir del ABP, definido por Barrow como “un método de aprendizaje basado en el principio de usar problemas como punto de partida para la adquisición e integración de los nuevos conocimientos” (Barrows, 1986); con esta propuesta se puede incentivar el trabajo colaborativo y abordar diferentes áreas del conocimiento haciendo uso de la realidad de los estudiantes. Se evidencia además a nivel curricular como las distintas áreas del conocimiento (matemáticas, ciencias, sociales, español) toman caminos separados, dando así enfoques diferentes para sus áreas, en muchas instituciones educativas



y el CEDID no es la excepción, se agrupan por asignatura, las que a su vez se agrupan en áreas y estas últimas se agrupan por departamentos y de esta forma se encapsula el conocimiento en diferentes saberes en bloques distintos. Una de las principales deficiencias encontradas en el área de lenguaje dentro de la IED CEDID Ciudad Bolívar Sede C “Perdomo Alto”, esta relacionada con la competencia descriptiva en los niños de ciclo 1, en donde se evidencia que por la falta de motivación o de interés no se logra que los niños, niñas y jóvenes de nuestra institución produzcan textos más elaborados, y los asocien con su contexto y de esta forma lograr un aprendizaje más significativo.Por esta razón debemos brindarles ideas innovadoras que generen en ellos inquietudes que les permitan producir textos de manera creativa. De acuerdo a la anterior nace la siguiente pregunta de investigación ¿Cuál podría ser la estrategia que propicie la competencia descriptiva en los estudiantes del ciclo 1 de la IED CEDID Ciudad Bolívar, haciendo uso de la robótica como herramienta para fomentar la motivación en los estudiantes?

Pregunta De Investigación

¿Cuáles son las características didácticas de una estrategia que propicie la competencia descriptiva en los estudiantes del ciclo 1 de la IED CEDID Ciudad Bolívar, haciendo uso de la robótica?

Objetivo General

Identificar las características didácticas de una estrategia que propicie la competencia descriptiva en los estudiantes del ciclo 1 de la IED CEDID Ciudad Bolívar, haciendo uso de la robótica.

Objetivos Específicos

● Apropiarse del estado del arte y del conocimiento relacionado con el uso de la robótica como herramienta didáctica para el desarrollo de la habilidad comunicativa.

● Diseñar la tarjeta A4C (Arduino For Children)

● Plantear una Unidad Didáctica con las actividades necesarias para potencializar la producción de textos descriptivos, usando A4C.

Justificación

En este apartado se abordaran las diferentes razones, por las cuales se hace necesario dar solución al problema anteriormente planteado, a través de una unidad didáctica y haciendo uso de la tarjeta A4C, con los niños de primer ciclo del colegio CEDID Ciudad Bolívar, Sede C “Perdomo Alto”.¿Cómo pueden combinarse la robótica y la educación? Más allá de su utilización obvia, en el contexto de las materias curriculares específicas como tecnología, la robótica puede ser un poderoso instrumento en el proceso de enseñanza y aprendizaje. Es por esto que esta propuesta tiene como fin, diseñar una unidad didáctica que estimule la competencia



descriptiva en el desarrollo de la producción textual en estudiantes de primer ciclo, usando A4C como herramienta lúdica e interdisciplinar, que permita crear ambientes de aprendizaje dinámicos, que lleven a los niños y niñas de estos grados a aumentar la cantidad y calidad de sus escritos descriptivos. La importancia de generar habilidades descriptivas en el ámbito escolar Según (Alvarez, 2005) ya sea oral o escrita tienen el propósito de que quien este escuchando o este leyendo logre hacerse una idea más cercana y exacta de la realidad. Nuestros sentidos, la vista, olfato, tacto, gusto y oído logran proporcionarnos miles de datos inestimables que luego debemos transmitir con el lenguaje más apropiado. Ahora bien debemos recordar que uno de los primeros procesos de lectura y escritura que realizan los niños es el de describir imágenes y es así como ellos inician este proceso. En las actas del V Seminario Internacional de “Lectura y Patrimonio” se afirma que en definitiva el niño que lee y describe la imagen tiene que ejercitar su capacidad creativa para introducir símbolos, reconocer significados y reaccionar ante la palabra, inferir, valorar, interpretar y lo hará del mismo modo que extrae el significado de un texto: formulando hipótesis y verificando (Cerrillo, Cañamares, &Sánchez, 2006)

La robótica logra potenciar muchas habilidades en los estudiantes como pueden ser el trabajo colaborativo,

aprendizaje significativo y transversalidad de conocimientos, todas ellas según los resultados de la prueba Pisa 2009 necesarias dentro de la educación para alcanzar niveles óptimos de competencia. Además a través de los sensores podemos dar una mirada comparativa de cómo funcionan nuestros sentidos, permitiendo a los niños no solo trabajar las habilidades antes mencionadas pues también se genera un reconocimiento de cómo funcionan estos a partir de una descripción de diferentes comportamientos, es por esta razón que creemos que usar la robótica como una alternativa para el presente trabajo es una solución viable y que puede facilitar muchos procesos en la enseñanza.Teniendo en cuenta las potencialidades que puede generar el uso de la robótica en un ambiente educativo, evaluando los costos y las dificultades del conocimiento, la mejor alternativa que se presenta es el uso de hardware y software libre y el desarrollo de un kit que pueda ser integrado a la tarjeta Ardunio y sea programado a través del software S4A, llamado Arduino For Children (A4C).

Pero no solo la creación del hardware podría garantizar el uso de este dispositivo pues sus aplicaciones pedagógicas dependen del docente, la robótica es ampliamente usada en la enseñanza de áreas que tienen una amplia relación con la matemática, la física y la tecnología, (Petrovic- Balog, 2008) pero son pocos los casos en los que se encuentran aplicaciones que trabajen con áreas como el lenguaje o humanidades, a



simple vista no es tan sencillo poder encontrar una relación que permita favorecer el trabajo en las competencias en estas áreas, no obstante existen trabajos que potencian características diferentes en los niños como es el caso de (Hilfield, 2010) quien le da un uso más pedagógico a estas herramientas en la enseñanza de lateralidad y ubicación en niños de primaria. La incursión de la robótica en la estrategia pedagógica del docente debe ir ligada al plan de estudio propuesto, por esto se encuentra como alternativa la elaboración de una Unidad Didáctica (UD), que permita potenciar la competencia descriptiva en los estudiantes de ciclo 1.

Actividades y Estado de Avance

La metodología que se encuentra dividida en 3 momentos en donde el primero trata sobre la información recopilada a través de diferentes medios como internet y material bibliográfico encontrado en las bases de datos de la universidad Distrital.

Por otro lado se encuentra el diseño de la tarjeta A4C (Arduino For Children) en donde se describe paso a paso la manera en que esta fue diseñada, hasta su montaje y posibles proyectos a futuro para esta.

La realización de actividades que potencien el uso del dispositivo dentro del aula de clase.

5.1. ESTADO DEL ARTE

Para realizar esta actividad se hace necesaria la consulta en diferentes bases de datos a través de internet como son DOAJ1, ERIC2 y SCIELO3, en donde se buscaron artículos que tuvieran relación con la robótica como herramienta educativa y diferentes plataformas que pueden ser usadas dentro de la escuela.

De esta consulta resulta una buena parte de la construcción de los antecedentes, en dónde vale la pena destacar los artículos de La herramienta para la educación - OrazioMiglino y Robotictoys as a catallystformathematicalproblemsolving - Kate Highfield que tratan la robótica más allá de un simple uso para el armado de prototipos, otros documentos que nos brindaron un particular interés para el levantamiento de antecedentes y en general para brindar ideas sobre la propuestas son EducationalRoboticsInitiatives in Slovakia - Pavel Petrovick, Richard Balogh, Robots foreducation - David P. Miller, Illah R. Nourbakhsh y la tesis Estado del Arte de la robótica Educativa en el Ambito Mundial - Munevar Pablo.

1 http://www.doaj.org/doaj?func=findJournals&uiLanguage=en&hybrid=&query=creatividad

2 http://www.eric.ed.gov/

3 http://www.scielo.org/php/index.php?lang=esLos autores de este documento manifiestan que el texto, las imágenes y demás anexos son de su propia creación o tienen la autorización para hacer uso de ellos. Además dan la autorización para que este documento se pueda descargar, distribuir y publicar siempre y cuando se les reconozca su autoría y se realice sin fines comerciales, de acuerdo con los términos de la Licencia Creative Commons By-Nc: http://creativecommons.org/licenses/by-nc/2.5/co/


De la lectura de estos se encuentra que existe una gran variedad de elementos didácticos diseñados para el trabajo con robótica en la escuela, como son los robots Myro, las tarjetas Arduino, Tarjetas Wiring, diseños de Parallax y Lego, en donde este último es el que tiene una mayor presencia nivel educativo.

DISEÑO DE LA TARJETA A4C (ARDUINO FOR CHILDREN)

Tal y como se describió en el apartado dedicado al Marco Teórico se desarrolló para la realización de la presente propuesta una tarjeta llamada Arduino For Childs (A4C) que pudiera ser trabajada desde Scratch For Arduino (S4A) de forma tal que pueda usar todas las posibilidades existentes en dicho programa sin que el docente tuviera la necesidad de trabajar con elementos de electrónica.

Para la construcción de dicha tarjeta se tuvieron en cuenta las siguientes etapas dentro de su prototipado.

Identificación de la necesidad; A partir del trabajo realizado con arduino y S4A se encuentra que los procesos mínimos para el trabajo de robótica haciendo uso de estos kits hacen necesario un conocimiento de electrónica por parte de los estudiantes y docentes, pues como mínimo se debe saber manejar el protoboard y tener algunos conocimientos básicos de electricidad, además de esto el uso de herramientas imposibilita

aprovechar las potencialidades de S4A en niños de primaria, perdiendo así enormes posibilidades educativas.

Como Arduino es principalmente un micro procesador se requiere hacer el adecuado tratamiento de las señales entrantes y salientes para ser reconocidas tanto por el dispositivo, como amplificadas para el caso de actuadores de esta manera garantizar que dicha tarjeta no reciba daños, teniendo en cuenta esta relación se genera el siguiente diagrama de bloques.

Figura 3: Diagrama de Bloques

de donde deducimos que nuestro diseño se debe basar en la construcción de la tarjeta que pueda manejar las señales de los sensores y manipular los actuadores en este caso motores, con la suficiente potencia como para manejar un servo motor.

Diseño y simulación; En este punto se realiza un diseño que toma como base los desarrollados para la tarjeta Arduino UNO y que se ponen en la web de manera libre, este diseño se realiza en Eagle y por tal razón es el programa escogido para su rediseño.

Dentro del programa S4A se encuentra la posibilidad de usar 6 entradas análogas teniendo en



cuenta esto se decide usar de la siguiente manera.

- 2 entradas análogas para los sensores de temperatura.- 2 entradas análogas para los sensores infrarrojos.- 2 entradas análogas para sensores de luz.

Para el trabajo con los sensores de temperatura se usan sensores LM35 debido a su rápida respuesta y facilidad de configuración, teniendo en cuenta que su respuesta es de 10mV por cada grado centígrado se hace necesaria su amplificación a partir de un Amplificador operacional, para este caso usaremos el LM324 aprovechando todas sus entradas.

Para el trabajo con los sensores infrarrojos debido a su bajo voltaje también se hace necesario el uso de un amplificador operacional, en vista de que nuestro LM324 cuenta con cuatro entradas y ya hemos usado dos, las restantes son empleadas para el trabajo con los sensores infrarrojos usando la misma configuración con el amplificador operacional.

Configuración sensores infrarrojos: En donde se tuvo en cuenta la posibilidad de modificar la sensibilidad de los diferentes sensores por medio del ajuste a los potenciómetros y la regulación de la entrada del sensor de infrarrojo a partir del uso de una amplificador operacional en modo no inversor.

Para el trabajo con las fotorresistencias se realiza un montaje en divisor de tensión con la posibilidad de ajustar la sensibilidad a través de un potenciómetro y de esta forma hacer que el usuario tenga control del mismo para sus fines.

Para la realización de la etapa de potencia se trabaja con el circuito integrado l293 que provee de la suficiente corriente para el trabajo con servo motores, según las especificaciones del fabricante se hace conexión de acuerdo a los esquemas que allí se establecen.

Una vez realizados en protoboard los diferentes montajes y probados se hace un diseño en eagle que permita unir todos los componentes dando como resultado el siguiente esquema.

Figura 4: esquema general tarjeta A4C

Montaje y pruebas; Posterior a este diseño se realiza el montaje en un PCB (PrinterCircuitBoard) en



donde se prueban las diferente conexiones y su uso con S4A, a partir de estas pruebas se encuentra que no solo es necesario hacer el prototipo en PCB sino que además de esto es indispensable dejarlo en las condiciones necesarias para el usuario final.

Dicho diseño parte de una gran variedad de ideas en donde se toma la idea de hacer un robot inicial que permita hacer uso de todas las características de la tarjeta a partir de su programación con S4A.

Diseño final: Este diseño final se encuentra en construcción y consiste en la carcasa, que cuenta con un sistema mecánico para el control de motores, debido a la conexión por el puerto usb y el requerimiento de un cable largo que le de movilidad se encuentra como mejor opción el diseño en forma de ratón que le permita jugar al niño y adaptar de forma sencilla las diferentes posibilidades de la tarjeta.

Un primer boceto de dicho diseño se encuentra a continuación

Prototipo para la conexión de la tarjeta, esquema en 2d

ACTIVIDADES DE TRABAJO CON LOS ESTUDIANTES

Para el desarrollo de la actividad con los estudiantes se elaboran cuatro diferentes actividades.

a. La primer actividad que se desarrolla tiene como principal característica la introducción al dispositivo y mostrar algunas posibilidades que este tiene.

Se tiene en cuenta la interacción con los estudiantes a partir de diferentes sensores y gráficos siendo estos de fácil reconocimiento, se trabajan las variables de temperatura, luz, proximidad y motor DC.



Gráfica 2 Trabajo con el grupo de estudiantes con ayuda de la tarjeta.

b.

La segunda actividad está enfocada en el trabajo con los sensores de temperatura y la descripción del fenómeno que se presenta a partir de la descripción de las gráficas que allí se presentan, se hace uso de los dos sensores de temperatura y se comparan dos gráficas con el propósito de que los estudiantes identifique el comportamiento de estas a partir de variables reales del entorno.

c. En esta actividad se plantea la posibilidad de trabajar el tema de la fotosíntesis a partir del sensor de luz, mostrando las diferencias en el crecimiento de las planta a partir de la interacción con la luz.

Videos dónde se evidencia el trabajo con los estudiantes y las actividades presentadas.

Video en donde se explica la actividad de exploración:

http://www.youtube.com/watch?v=nRddE26mepo&feature=youtu.be

Explicación de la docente y actividad de descripción con los estudiantes.

http://www.youtube.com/watch?v=oNf5qqnYo3s&feature=youtu.be

Niño haciendo la descripción una vez finalizada la actividad

http://www.youtube.com/watch?v=I9YF2QxDgFk&feature=youtu.be

CONCLUSIONES:

● A partir de la búsqueda de información relacionada con el uso de la robótica como herramienta en la educación se encuentra que existe una


Gráfica 1 Pantalla inicial de la actividad.




gran tendencia a su uso para la generación de competencias relacionadas con programación (jun hu - SjriekAlers, 2009), electrónica, mecanica (Petrovick Pavel - Balogh Richard, 2007) y principalmente es usada en las áreas básicas de ciencias(Highfield Kate, 2010), pero su incorporación como herramienta para el fomento de otras habilidades que se relacionan con asignaturas como las de humanidades es poco usada y no se encuentra su aplicación tan fácilmente, se puede concluir entonces que esta propuesta es una excelente alternativa que permite incluir el área de humanidades con ayuda de la robótica, teniendo así diferentes alternativas para su aplicación, sin que esto garantice que se haga más enriquecedor o mejore el aprendizaje, pues estos factores son dependientes de muchos otros que actúan habitualmente dentro del proceso enseñanza - aprendizaje y que tienen que ver con el contexto, el estilo de enseñanza y la postura del docente frente a la incorporación de nuevas herramientas para la enseñanza, entre otras.

● En lo correspondiente al diseño de la tarjeta se encuentra que es muy prometedor el uso de Hardware y Software libre como alternativa para el trabajo dentro de escuelas que no cuentan con los recursos para incorporar estrategias que hacen uso de la robótica dentro de sus aulas de clase, pero se tiene que seguir trabajando sobre el diseño para su uso educativo, pues a partir de las pruebas realizadas para la generación de actividades se encuentra que es necesaria un nuevo diseño del PCB (PrintedCircuitBoard) acompañado de la incorporación de dicha tarjeta dentro del esquema que ya viene prediseñado por parte de Arduino, de esta forma se mejoran las conexiones y brinda la posibilidad de reducir los costos.

● A partir de las actividades generadas para el trabajo en el aula que contaron con la participación de la docente Lina Margarita Sicachá, quien posee la experiencia y el saber pedagógico para el trabajo con niños de ciclo 1, pero cuyos conocimientos en electrónica son limitados, se encuentra la gran facilidad para trabajar dentro del aula de clase con el uso de la



herramienta A4C, pero también se ve la necesidad de brindar un acercamiento técnico sobre su uso, principalmente orientado al uso del lenguaje ScratchForArduino y la conexión de la interfaz, esto nos lleva a concluir que la unidad didáctica aquí propuesta no tendrá resultados si se lleva a las instituciones educativas si no se posee un acompañamiento previo a los docentes explicando cuales son las características técnicas para su uso.

● Después del trabajo en esta primera actividad también se encuentra la necesidad de brindar a los estudiantes la posibilidad de interactuar con la tarjeta, para ellos se hace necesario el trabajo con más interfaces que puedan hacer el trabajo más enriquecedor con los estudiantes, en donde se quiere como objetivo final es que puedan desarrollar programas y de esta manera no solamente potenciar la habilidad descriptiva si no enseñar lógica de programación en los estudiantes.

● Se logra mejorar el ambiente de clase propiciando en los estudiantes una mejor alternativa de descripción de los fenómenos, identifican y

relacionan estos con actividades cotidianas y realizan su definición a partir de lo que ven, posterior a esto se puede mejorar su descripción y definición.

● Al iniciar los estudiantes no reconocen que es el dispositivo con el que se trabaja, solo al terminar la clase se dan cuenta que este dispositivo a pesar de ser un periférico del computador no es un mouse o teclado, objetos que relacionan de inmediato al ser mostrado este, esto enriquece las posibilidades de uso de un computador que va más allá de su uso offimatico y enseñando a medir y controlar muchas variables del ambiente.

● Su capacidad de análisis también se fortalece al poder sacar conclusiones con fenómenos realizados, esto se observa cuando encuentran lo que sucede cuando una compañera hace sombra a a la fotoresistencia y cambia la imagen de la pantalla, concluyen que la variable que se altera es la cantidad de luz, sucede lo mismo al momento de mostrar el funcionamiento del sensor de temperatura, este tipo de actividades son imposibles con periféricos



diferentes al mouse o el teclado.

● Este tipo de experiencias ofrecen a los estudiantes un acercamiento a otros usos de los computador de bajo costo y con aplicaciones didácticas muy poco usadas en el entorno en que se realiza la prueba debido a los altos costos y a la posibilidad de pérdida de dichos materiales,

es por esta razón que hacer uso de materiales libres propician que los estudiantes tengan un acercamiento a este tipo de tecnología y de esta forma disminuir la brecha digital existente entre la enseñanza de diferentes áreas del conocimiento con otros países que hacen uso de estos recursos.

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