Robótica y automatización: de los conceptos a la didáctica

Programación. Educación tecnológica. Pensamiento computacional. Interdisciplina

Mario Cwi

• Publisher: Noveduc
• Year: 2022
• ISBN:
  9789875388581
• Edition: 1
• Topic: Pedagogía
• Subtopic: Tecnología educativa

¿Por qué a la escuela le interesa la robótica? El autor, en base a su vasta experiencia como docente y capacitador, responde a este interrogante desde una perspectiva epistemológica que articula tres dimensiones: los diseños curriculares, la trama conceptual del campo y las propuestas de enseñanza.A lo largo del libro se van entramando los conceptos, que permiten conocer y comprender el campo disciplinar de la automatización y la robótica. Se proponen situaciones didácticas basadas en las teorías constructivistas del aprendizaje, invitando al lector a entusiasmarse con la posibilidad de involucrar a sus estudiantes en experiencias que promuevan el desarrollo del pensamiento proyectual, la resolución colaborativa de problemas y el pensamiento crítico sobre las implicancias sociales, culturales y ambientales de la automatización y la robótica.Esta obra constituye una fuente de inspiración para los docentes interesados en la temática y, también, un marco teórico referencial para todos aquellos educadores que, desde sus diferentes roles, abordan el desafío de pensar la robótica en la escuela.

Capítulo 1. Antecedentes de la robótica en la escuela. Treinta y cinco años de desafíos

Las primeras experiencias orientadas a incorporar la robótica en las escuelas argentinas surgen en la década de los ochenta¹. ¿En qué contextos nacen estas propuestas? ¿Qué propósitos persiguen? ¿Con qué dificultades se enfrentan? ¿Cuáles son los logros obtenidos y los desafíos no resueltos? ¿Qué enseñanzas nos dejan?

Para responder a estos interrogantes conviene focalizar la mirada, retrospectiva, hacia tres “ideas fuerza” diferentes, tres vectores aparentemente paralelos pero, finalmente (y no casualmente), convergentes.

Idea Nº 1. Del “espejo para la mente” a la “tortuga de piso”

La primera idea fuerza proviene del contexto de lo que, en ese momento, se conocía en las escuelas como Área de Computación y que, en algunos casos, también se la denominaba Área de Informática Educativa. En esta área, y fundamentalmente en el nivel primario, se utilizaba el lenguaje de programación Logo, tomando como referencia ciertos paradigmas provenientes del Instituto Tecnológico de Massachusetts (MIT) de la ciudad de Cambridge (estado de Massachusetts, EE.UU.). Mediante este lenguaje, conocido como “el lenguaje de la tortuguita” se pretendía favorecer en los alumnos el desarrollo del pensamiento lógico-formal, así como también potenciar el aprendizaje de nociones de geometría pertenecientes al área de Matemática. El Logo permitía, desde edades tempranas, abordar con los alumnos ciertas ideas y estrategias poderosas, relacionadas con el mundo computacional (la modularización, la recursividad, el uso de variables, entre otras) a través de órdenes de programación orientadas a que una “tortuguita” se desplace realizando diferentes tipos de figuras en el monitor de la computadora. Además, a partir de observar el modo en que los alumnos resolvían problemas y desafíos mediante el Logo, los docentes podían inferir el modo en que los alumnos pensaban; el modo en que ponían en juego sus hipótesis, reflexionaban sobre el error y modificaban sus estrategias de resolución. Más aún, los mismos alumnos eran capaces de realizar procesos metacognitivos, reflexionando sobre sus propias formas de pensar y resolver problemas.

La Robótica Educativa se inicia en el MIT, junto con la creación por parte de Seymour Papert del lenguaje de programación Logo. Debido a que, en esos momentos, a inicios de la década de los setenta, aún no existían monitores que permitieran mostrar la información proveniente de un programa, fue necesario crear una “tortuga de piso” que permitiera a los niños y niñas relacionar los comandos e instrucciones de programación, con las figuras geométricas para dibujar. El primer robot educativo era, entonces, una plataforma móvil con forma de semiesfera, capaz de avanzar, retroceder y girar sobre su propio eje. Además, se le adicionaba un lápiz o marcador de modo que, mientras se desplazaba, podía dibujar y reproducir sobre la superficie las figuras programadas mediante los comandos introducidos a través de un teclado o tablero de control.

Generalizar la utilización de las “tortugas de piso” en las escuelas presentaba dificultades técnicas y económicas. Entonces, una vez que fue posible visualizar a la “tortuguita” desplazándose de manera virtual por el monitor de la computadora, pudieron aprovecharse las potencialidades del Logo: era muy difícil, hasta ese momento, generar en las aulas entornos y situaciones de aprendizaje en las cuales los alumnos pudiesen, casi instantáneamente, hacer visibles sus logros y sus dificultades, proponerse una meta y visualizar los resultados; pasar del pensamiento a la acción y de esta a la visualización de un “producto” (un programa), finalmente terminado y funcionando. Estas fueron, sin duda, las razones por las cuales al Logo se lo consideraba como un “espejo para la mente”.

Imagen 1. Los niños y las niñas aprendían mientras jugaban con la “tortuga de piso”creada por Seymour Papert.

Imagen 2. Mediante las órdenes del lenguaje Logo, la tortuga dibujaba figuras geométricas en la pantalla.

En la Argentina, las experiencias de robótica del MIT inspiraron el desarrollo de propuestas educativas y materiales didácticos orientados a que los alumnos y alumnas programaran, mediante el Logo, el funcionamiento de modelos a escala de dispositivos electromecánicos tales como vehículos, grúas, cintas transportadoras, calesitas, ascensores o semáforos, entre otros. También, con la ayuda de los materiales didácticos basados en los bloques de construcción de Lego, comienza a explorarse la posibilidad de descender un escalón en el nivel de abstracción que generaba la “tortuga virtual”, y crear una “tortuga real” (equivalente a la de Papert) que se desplazara físicamente por el suelo, o por la mesa de trabajo, siguiendo las órdenes enviadas desde la computadora mediante las mismas instrucciones utilizadas para programar la tortuga virtual de la pantalla; una tortuga físicamente “real”, en lugar de virtualmente simulada. Asimismo, si a esta “tortuga-robot” se le adicionaban sensores, capaces de detectar obstáculos en su entorno, se ampliaba la diversidad y complejidad de los problemas a plantear a los alumnos: la tortuga ya no solo era capaz de ejecutar acciones secuenciales, repetirlas de manera indefinida, o un número determinado de veces y, también, modificar su trayectoria en función del cumplimiento de ciertas condiciones (por ejemplo, el ingreso de determinada información desde el teclado). Con la presencia de los sensores comenzaban a plantearse problemas orientados a la detección de objetos, a la necesidad de esquivarlos y de contarlos; a la detección de sonidos, luces o colores; al seguimiento de trayectorias indicadas en el suelo; al traslado de objetos, al recorrido de laberintos, entre otros.

En algunos casos, estos dispositivos eran diseñados y construidos por los propios alumnos, mediante juegos didácticos de ensamble (Meccano, Lego, por ejemplo) y se podía, también, combinarlos con otros materiales (cartón, madera, plásticos) y, además, con materiales de “descarte” (tapitas de frascos, cajitas, varillas, partes de juguetes en desuso, entre otros). En otros casos, los sistemas físicos se presentaban a los alumnos previamente construidos por el docente, mediante los mismos materiales de ensamble o, también, mediante juguetes electromecánicos de control remoto, adaptados especialmente para poder ser controlados desde la computadora. Los sistemas contenían motores, luces o sirenas y, en algunos casos, también diferentes tipos de sensores. La tarea de los alumnos se centraba en la resolución de problemas orientados a animar de movimiento a los sistemas mediante órdenes programación: reconociendo las partes y sus funciones; identificando las salidas y entradas de información, desde y hacia la computadora; relacionando las instrucciones y estructuras de programación con los comportamientos esperados o logrados de los objetos físicos (avanzar, retroceder, girar, encenderse, apagarse, subir, bajar, detectar la activación de un sensor, entre otros).

Imagen 3. Cinta transportadora de Meccano, conectada a la computadora a través de una interfase utilizada en la robótica de los años ochenta.

¿Robótica o automatización?

Tal como se describe más arriba, involucrar a los alumnos en actividades de robótica educativa constituía una propuesta orientada a la resolución de problemas de automatización y control de maquetas y modelos físicos, representativos de una gran variedad de procesos automáticos, que no podían ser considerados, estrictamente, como robóticos (sistemas de iluminación, de señalización, de control de acceso de vehículos, de alarmas, de automatización de viviendas, de control de calidad, de riego, de procesos de producción, entre otros).

De este modo, bajo el nombre de Robótica Educativa se constituyó una propuesta didáctica abarcadora de una gran cantidad y variedad de procesos automatizados correspondientes a diferentes contextos tales como viviendas, transportes, vía pública, centros comerciales, fábricas, servicios y establecimientos productivos rurales, entre muchos otros. Las razones del surgimiento de esta propuesta, más amplia y diversificada que la robótica exclusivamente, pueden analizarse desde dos perspectivas. Una perspectiva tecnológica-económica y otra más pedagógica.

• Perspectiva tecnológica-económica. Por un lado, existía una limitación tecnológica para desarrollar robots móviles educativos autónomos (sin cable), de bajo costo y capaces de realizar, con precisión, tareas tales como avanzar, retroceder, girar sobre su propio eje, detectar obstáculos, esquivarlos, identificar luces o seguir caminos. Asimismo la posibilidad de que los alumnos construyeran sus propios robots móviles requería de tiempos, recursos, conocimientos, habilidades e, inclusive, una formación de los docentes, que no siempre estaban disponibles en todas las escuelas. Más adelante veremos cómo los cambios tecnológicos en los recursos y materiales didácticos, sumados a los procesos de capacitación docente, fueron haciendo posible la presencia, actualmente, de estos robots en las aulas, junto con otros más complejos aún (como la aparición de los brazos robóticos), casi impensables de implementar en esas primeras etapas de la robótica educativa.
• Perspectiva pedagógica. Por otro lado, y desde una perspectiva pedagógica, la inclusión de otros dispositivos, sistemas o artefactos automáticos, más allá de los robots, permitió abordar con los alumnos mayor variedad de problemáticas, generando la posibilidad de poner en juego habilidades y conceptos más generales sobre las tecnologías automáticas (algunos de los cuales se correspondían también con los robots). En los capítulos posteriores veremos cómo, años después, este tipo de propuestas permanecen en las prácticas de enseñanza de la robótica, articulándose con aquellas que surgen a partir de la posibilidad de incorporar, como material didáctico, brazos robóticos y robots móviles autónomos. Esto permite corroborar el valor pedagógico de una robótica educativa amplia y abarcativa que alberga a un amplio espectro de problemáticas de automatización, incluyendo, entonces, desde el control de sistemas simples para el encendido y apagado automático de luces, hasta el control de sistemas complejos como brazos robóticos con sensores y sistemas de visión.

Nuevos saberes y habilidades para nuevos interrogantes y problemas

El área de Computación (o Informática) constituyó, entonces, una de las puertas de entrada de la robótica y la automatización a la escuela. Así, la búsqueda por potenciar los procesos de enseñanza y de aprendizaje de las lógicas de programación, a través del control de objetos físicos externos a las computadoras, trajo al aula de Computación estos dos términos novedosos para el área: Robótica y Automatización. Dos términos que, para ser comprendidos e incluidos como objetos de enseñanza, comenzaron a requerir de una mirada que trascendiera el mundo virtual (el mundo de los bits) y se extendiera hasta el mundo de lo “real”, de lo tangible:

• La “tortuga de piso“ del MIT estaba recubierta de un material transparente que dejaba al “descubierto” los mecanismos internos; los niños y niñas podían ver las transmisiones de movimiento, de los ejes de los motores a las ruedas y, también, la plaqueta con los componentes electrónicos que permitían que las señales eléctricas que salían de la computadora, activasen los motores.
• Durante el proceso que implicaba programar a los sistemas automáticos y robots educativos, los alumnos comienzan a encontrarse con nuevos interrogantes: ¿Qué es un sensor? ¿Qué tipos de sensores existen? ¿Cómo selecciono el tipo de sensor más conveniente? ¿Qué es el feedback (realimentación)? ¿Qué problemas resuelve la realimentación?
• Asimismo, en la medida en que los alumnos comenzaban a diseñar y construir sus propios modelos de sistemas automáticos programables, se enfrentaban a nuevos desafíos: ¿Cómo diseñar un robot móvil capaz de girar sobre su propio eje? ¿Cómo hacer f...