PONTIFICIA UNIVERSIDAD CATÓLICA DEL ECUADOR SEDE SANTO DOMINGO
Dirección Académica – Dirección de Investigación y Postgrados
GAMIFICACIÓN Y USO DEL LENGUAJE DE PROGRAMACIÓN ARDUINO COMO ESTRATEGIA DIDÁCTICA PARA EL DESARROLLO DEL PENSAMIENTO COMPUTACIONAL EN LOS ESTUDIANTES DE TERCERO DE BACHILLERATO DE LA UNIDAD EDUCATIVA FE Y ALEGRÍA Trabajo de Titulación previo a la obtención del título de Magíster de Innovación de Educación Línea de Investigación: Tecnologías de la información y la comunicación.
Autora: LARCOS PÉREZ JACQUELINE ARACELY Director: Dr. EDWIN ANDRÉS GARCÍA UMAÑA
Santo Domingo – Ecuador Septiembre, 2019
PONTIFICIA UNIVERSIDAD CATÓLICA DEL ECUADOR SEDE SANTO DOMINGO
Dirección Académica – Dirección de Investigación y Postgrados
HOJA DE APROBACIÓN GAMIFICACIÓN Y USO DEL LENGUAJE DE PROGRAMACIÓN ARDUINO COMO ESTRATEGIA DIDÁCTICA PARA EL DESARROLLO DEL PENSAMIENTO COMPUTACIONAL EN LOS ESTUDIANTES DE TERCERO DE BACHILLERATO DE LA UNIDAD EDUCATIVA FE Y ALEGRÍA
Línea de Investigación: Tecnologías de la información y la comunicación. Autora: JACQUELINE ARACELY LARCOS PÉREZ
Edwin Andrés García Umaña, Dr.
f.
DIRECTOR DE TRABAJO DE TITULACIÓN f.
Rodolfo Sirilo Córdova Gálvez, Mg. CALIFICADOR DE TRABAJO DE TITULACIÓN Mariana de Jesús Vega Bentacourt, Ph.D.
f.
CALIFICADORA DE TRABAJO DE TITULACIÓN f.
Fernando Lara Lara, Dr. DIRECTOR DE INVESTIGACIÓN Y POSTGRADOS
Santo Domingo – Ecuador Septiembre, 2019
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DECLARACIÓN DE AUTENTICIDAD Y RESPONSABILIDAD Yo , JACQUELINE ARACELY LARCOS PÉREZ portador de la cédula de ciudadanía No. 050286774-0 declaro que los resultados obtenidos en la investigación que presento como informe final, previo la obtención del Título de Magíster en Innovación en Educación serán absolutamente originales, auténticos y personales. En tal virtud, declaro que el contenido, las conclusiones y los efectos legales y académicos que se desprendan del trabajo propuesto de investigación y luego de la redacción de este documento son y serán de nuestra sola y exclusiva responsabilidad legal y académica. Igualmente declaro que todo resultado académico que se desprenda de esta investigación y que se difunda tendrá como filiación la Pontificia Universidad Católica del Ecuador, Sede Santo Domingo, reconociendo en las autorías al director del Trabajo de Titulación y demás profesores que amerita.
JACQUELINE ARACELY LARCOS PÉREZ CI.050286774-0
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INFORME DE TRABAJO DE TITULACIÓN ESCRITO DE POSTGRADO Fernando Lara Lara, Dr. Dirección de Investigación y Postgrados Pontificia Universidad Católica del Ecuador Sede Santo Domingo De mi consideración, Por medio del presente informe en calidad del director/a del Trabajo de Titulación de Postgrado de Maestría en Innovación en Educación, titulado GAMIFICACIÓN Y USO DEL LENGUAJE DE PROGRAMACIÓN ARDUINO COMO ESTRATEGIA DIDÁCTICA PARA EL DESARROLLO DEL PENSAMIENTO COMPUTACIONAL EN LOS ESTUDIANTES DE TERCERO DE BACHILLERATO DE LA UNIDAD EDUCATIVA FE Y ALEGRÍA realizado por la maestrante: Jacqueline Aracely Larcos Pérez con cédula: No 0502867740 previo a la obtención del Título de Magíster de Innovación de Educación, informo que el presente trabajo de titulación escrito se encuentra finalizado conforme a la guía y el formato de la Sede vigente. Santo Domingo, 10 de Septiembre del 2019 Atentamente,
Edwin Andres Garcia Umaña,Dr. Profesor Titular Auxiliar1
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AGRADECIMIENTOS Mi agradecimiento infinito es para Dios que me ha dado la sabiduría y fortaleza necesaria para salir adelante en mis estudios y en el proceso de desarrollo de mi tesis, a mi familia, esposo e hijos por el apoyo incondicional y la paciencia que han tenido en estos años de estudios. También un agradecimiento especial a mi maestro y tutor de tesis Andrés García Phd. Quien con su gran sabiduría, su humildad y humanidad ha sabido guiarme acertadamente en el desarrollo de mi trabajo mil gracias por creer en mí y ser quien me animaba cada día a seguir adelante sin desmayar y ayudarme a entender que en esta vida todo tiene un inicio y fin.
Gracias a todos.
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DEDICATORIA Con todo mi amor y cariño esta tesis está dedicada para “Mí” porque supe afrontar tantas dificultades que se me presentaron y me pude demostrar que si se puede salir adelante y cumplir con todo lo que uno se propone en la vida. A mi esposo Rovinson por su apoyo y motivación de cada día y creer en mi capacidad, a mis hijos Alexander y Elián que fueron mi fuente de inspiración para superarme y lograr una meta más en mi vida profesional.
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RESUMEN El presente trabajo de titulación tiene como objetivo desarrollar el pensamiento computacional en estudiantes de tercero de bachillerato especialidad Aplicaciones Informáticas de la Unidad Educativa Fe y Alegría ubicada en la Parroquia Bombolí del Cantón Santo Domingo de los Colorados, Provincia de Santo Domingo de los Tsáchilas, mediante la estrategia didáctica de gamificación y uso del lenguaje de programación Arduino, intentando responder a la inadecuada aplicación de metodologías y recursos didácticos que no permite que los estudiantes desarrollen un efectivo razonamiento lógico-creativo de modo que puedan comprender de mejor manera los problemas planteados. En la revisión literaria de investigaciones que anteceden el proyecto de investigación, se pudo establecer la existencia de seis trabajos que por su naturaleza y características guardan relación con el presente estudio y sustentan de manera crítica y reflexiva el proyecto. La metodología empleada para su aplicación será el enfoque cuantitativo, con un tipo de investigación exploratorio- explicativo, ajustándose al modelo cuasi-experimental, dirigido a una población de n=700 estudiantes a nivel de colegio, tomando una muestra de 110 quienes representan la totalidad de matriculados del tercer año de bachillerato. La técnica de recogida de datos se realizó mediante una encuesta para posteriormente diseñar la propuesta de intervención como posible solución al problema planteado, donde se establece contenidos y actividades como sugerencia para los docentes, mismos que aportarán para desarrollar el pensamiento computacional en los estudiantes. Palabras clave: gamificación, Arduino, pensamiento computacional, TICs educación.
vii
ABSTRACT The objective of this titling work is to develop computational thinking in third-year students of the Bachelor's degree, Computer Applications of the Fe y AlegrĂa Educational Unit located in the BombolĂ Parish of the Santo Domingo de los Colorados City, Province of Santo Domingo de los TsĂĄchilas, through the didactic strategy of gamification and use of the Programming language Arduino, trying to answer to the inadequate application of teaching methodologies and resources that does not allow students to develop an effective logicalcreative reasoning so that they can better understand the problems raised. In the literary review of research that precedes the research project, it was possible to establish the existence of six works that by their nature and characteristics are related to the present study and sustain the project in a critical and reflexive way. The methodology used for its application will be the quantitative approach, with a type of exploratory-explanatory research, adjusting to the quasiexperimental model, aimed at a population of n = 700 students at the school level, taking a sample of 110 who represent the total enrollment in the third year of high school. The data collection techniques were carried out by means of a survey to later design the intervention proposal as a possible solution to the problem, where contents and activities are established as a suggestion for teachers, who will contribute to develop computational thinking in students. Keywords: gamification, Arduino, computational thinking, education TICs.
viii
ÍNDICE DE CONTENIDOS
1
INTRODUCCIÓN.............................................................................................. 1
2
PLANTEAMIENTO DEL PROBLEMA......................................................... 3
2.1
Delimitación del problema ................................................................................ 3
2.2
Formulación y sistematización del problema .................................................. 6
2.2.1
Formulación del problema. ............................................................................... 6
2.2.2
Sistematización del problema. Preguntas específicas ..................................... 6
2.3
Justificación de la investigación ........................................................................ 6
2.4
Objetivos de la investigación ............................................................................. 8
2.4.1
Objetivo general ................................................................................................. 8
2.4.2
Objetivos específicos .......................................................................................... 9
3
MARCO REFERENCIAL .............................................................................. 10
3.1
Antecedentes ..................................................................................................... 10
3.2
Marco teórico .................................................................................................... 13
3.2.1
TIC en la educación ......................................................................................... 14 Recursos digitales .............................................................................................. 15 Gamificación y arduino como elementos trasformadores de la educación .... 16 Arduino aplicado a la educación ....................................................................... 19 Robótica y electrónica en la educación ............................................................. 21
3.2.2
Teoría de la creatividad ................................................................................... 23 Proceso creativo................................................................................................. 23 Expresiones creativas de los estudiantes .......................................................... 24
3.2.3
Proceso de enseñanza-aprendizaje ................................................................. 27 Estrategia de enseñanza creativa...................................................................... 27 Estilos de aprendizaje ........................................................................................ 28
ix Implicaciones del pensamiento en el aprendizaje ............................................ 29 Hemisferios cerebrales....................................................................................... 29 3.2.4
Pensamiento computacional ............................................................................ 31 Dimensiones del pensamiento computacional ................................................. 32 Ejes principales .................................................................................................. 34 Características ................................................................................................... 34
3.3
Predicción científica ......................................................................................... 36
4
METODOLOGÍA DE LA INVESTIGACIÓN ............................................. 38
4.1
Enfoque, diseño y tipo de investigación.......................................................... 38
4.1.1
Enfoque ............................................................................................................. 38
4.1.2
Diseño ................................................................................................................ 39
4.1.3
Tipo de investigación ....................................................................................... 39
4.2
Población y muestra ......................................................................................... 40
4.3
Operacionalización de las variables ............................................................... 40
4.4
Técnicas e instrumentos de recogida de datos ............................................... 41
4.5
Técnicas de análisis de datos ........................................................................... 42
5
RESULTADOS ................................................................................................. 43
5.1
Análisis descriptivo .......................................................................................... 43
5.2
Análisis correlacional ....................................................................................... 44
5.3
Propuesta de intervención ............................................................................... 48
5.3.1
Introducción...................................................................................................... 48
5.3.2
Planificación curricular PCA (Planificación Curricular Anual) ................. 48 PCA de la asignatura Diseño y Aplicación en Entornos Gráficos .................. 49
5.3.3
Proceso de aplicación del lenguaje de programación C#/Arduino .............. 58 Aplicación del lenguaje de programación C# .................................................. 58 Aplicación del lenguaje de programación Arduino. ........................................ 66
x Desarrollo de la unidad didáctica 6 Programación de sistemas electrónicos (robótica) en Arduino IDE ..................................................................................................... 68 5.3.4
Cronograma sugerido para su aplicación ...................................................... 75
6
DISCUSIÓN...................................................................................................... 76
7
CONCLUSIONES ............................................................................................ 78
8
RECOMENDACIONES .................................................................................. 80
9
REFERENCIAS ............................................................................................... 81
10
ANEXOS ........................................................................................................... 86
xi
ÍNDICE DE TABLAS Tabla 1. Relación entre objetivos y preguntas de investigación ................................................ 9 Tabla 2. Ventajas que ofrece Arduino para la utilización en el área educativa...................... 21 Tabla 3. Estilos de aprendizaje ................................................................................................ 29 Tabla 4. Características del pensamiento computacional (PC) ................................................ 35 Tabla 5 . Población y muestra ................................................................................................. 40 Tabla 6. Operacionalización de las variables ........................................................................ 40 Tabla 7 . Descripción de la muestra muestra .......................................................................... 43 Tabla 8 . Reconocimiento del tipo de variable al programar / edad ....................................... 44 Tabla 9 . Manejar una bicicleta / género ................................................................................. 44 Tabla 10 . Reducción del proceso algorítmico / género .......................................................... 45 Tabla 11 . Conectores lógicos y su influencia en la toma de decisiones / edad ...................... 45 Tabla 12 . Influencia de la Robótica y electrónica / edad. ...................................................... 46 Tabla 13 . Docente y conocimientos sobre electrónica y robótica / edad ............................... 46 Tabla 14 . Docente innovador / edad ....................................................................................... 47 Tabla 15 . Conocimientos sobre arduino / edad ...................................................................... 47 Tabla 16 . Materiales para la práctica en Arduino ................................................................. 66 Tabla 17 . Cronograma de aplicación de la propuesta MIPADE ........................................... 75
xii
ÍNDICE DE FIGURAS Figura 1. Marco teórico ............................................................................................................ 13 Figura 2. TIC en el mudo del conocimiento. Adaptado de “Viviendo el privilegio de educar” por Vaneducap, 2015. .............................................................................................................. 14 Figura 3. Recursos digitales educativos. Adaptado de Vaneducap, 2015. ............................... 15 Figura 4. Gamificación en la educación. Adaptado de Greenhatpeople, 2015. ....................... 17 Figura 5. Gamificación: “Un juego no solo de niños y niñas”. Adaptado Imeelz, 2017. ........ 18 Figura 6. Interactuando con Arduino. Adaptado de Intel IQ. .................................................. 19 Figura 7. Arduino en la educación. Adaptado de Neowin, 2018. ............................................ 20 Figura 8. La robótica en la educación. Adaptado de 123RF, 2017. ........................................ 22 Figura 9. Dimensiones de estilos de aprendizaje. Adaptado de Cantú y Rojas (2018) ........... 29 Figura 10. Hemisferios cerebrales. Adaptado de Cantú y Rojas (2018) .................................. 30 Figura 11. Dimensiones del pensamiento computacional ........................................................ 32 Figura 12. Pensamiento computacional y las Tic. Adaptado de 123RF 2017. ....................... 33 Figura 13. Ejes Principales del pensamiento computacional .................................................. 34 Figura 14. Habilidades desarrolladas en el PC......................................................................... 36 Figura 15. Metodología ............................................................................................................ 38 Figura 16. Paso 1: crear una nueva aplicación en C#. ............................................................. 59 Figura 17. Paso 2: Interfaz de Vb.Net lenguaje C# y el formulario de Windows Form .......... 60 Figura 18. Paso 3: Componentes para la aplicación de Windows Form .................................. 61 Figura 19. Paso 4: Utilización del cuadro de herramientas ...................................................... 62 Figura 20. Paso 5: Primera ejecución del formulario de Windows Form ................................ 63 Figura 21. Paso 6: Líneas de código de la aplicación hola mundo ............................................ 64 Figura 22. Paso 7: Aplicación ejecutada .................................................................................. 65 Figura 23. Paso 2: Montaje de la práctica Tarjeta Arduino/ Protoboar.................................... 66 Figura 24. Montaje del circuito encender un bombillo mediante un relé................................. 73
xiii
ÍNDICE DE ANEXOS Anexo 1. Cronograma .............................................................................................................. 86 Anexo 2. Tabla de recursos ...................................................................................................... 87 Anexo 3. Carta de aprobación de intervención ........................................................................ 88 Anexo 4. Validación de expertos ............................................................................................. 90 Anexo 5. Carta de impacto..................................................................................................... 102 Anexo 6. Aplicación de la encuesta a estudiantes ................................................................. 103 Anexo 7. Aplicación de la propuesta de intervención de forma parcial gamificación ........... 104 Anexo 8. Aplicación de la propuesta de intervención de forma parcial programación en Arduino .................................................................................................................................. 105 Anexo 9. Competencias digitales ........................................................................................... 106 Anexo 10. Guía Metodológica MIPADE ............................................................................... 107
1
1
INTRODUCCIÓN
El presente Trabajo de Titulación tuvo como objetivo principal desarrollar el pensamiento computacional en estudiantes de tercero de bachillerato de la Unidad Educativa Fe y Alegría mediante la estrategia didáctica gamificación y uso del lenguaje de programación Arduino, la cual se dividió en los siguientes apartados: En el segundo capítulo, se desarrolla el planteamiento del problema, y su delimitación a base de preguntas, se plantea el objetivo general y específico, siendo estos las metas a alcanzar en la investigación y se realiza la justificación con la sustentación científica, empírica y legal. En el tercer capítulo, que corresponde al marco referencial, se presentó los antecedentes afines a la investigación desde lo general hasta lo específico, para establecer el estado del arte que la distingue de otras investigaciones. En este epígrafe se realizó la revisión literaria en base de datos de alto impacto organizados en que se presenta en cinco apartados: TIC en la Educación, Arduino Aplicado a la Educación, Teoría de la creatividad, Proceso de enseñanzaaprendizaje, Implicaciones del pensamiento en el aprendizaje y Pensamiento computacional. En el cuarto capítulo se describe la metodología, se estableció que el enfoque que predominó fue el cuantitativo y el diseño establecido el cuasi experimental. Así mismo, la selección intencional de la muestra, como los instrumentos para su recolección y análisis, teniendo en cuenta se realizó un pre-test y un pos-test para determinar el impacto de la propuesta, la operacionanlización de las variables que mediante el tratamiento de las dimensiones permitirá la elaboración de los instrumentos como es la encuesta misma que facilitara la recogida de datos para posterior mente analizarla mediante el paquete estadístico SPSS V 20.0. En el quinto capítulo se muestra el análisis descriptivo y correlacional de los resultados obtenidos en la encuesta aplicada a los estudiantes de tercero de bachillerato mismos que facilitaron el diseño de la propuesta de intervención con su respectiva planificación curricular PCA, cronograma de actividades y la aplicación paso a paso de los lenguajes de programación C# y Arduino.
2 En el sexto capítulo, corresponde a la discusión que se realiza en contraste con los autores con sustentan la investigación, por otra parte en el séptimo y octavo capítulos se puede observar las recomendaciones y conclusiones. En el noveno capítulo se puede evidenciar los autores que sustentan la investigación del trabajo de titulación, finalmente, se puede visualizar los anexos sobre el cronograma de elaboración de la tesis y la tabla de recursos económicos, la validación de expertos, el instrumento que se aplicó a los estudiantes, la carta de impacto, las fotografías de la aplicación de una unidad didáctica y las competencias digitales.
3
2
PLANTEAMIENTO DEL PROBLEMA
El bajo nivel de razonamiento y creatividad en los estudiantes de bachillerato es una realidad a nivel nacional, muchos factores inciden en el proceso de enseñanza – aprendizaje, que dificultan aprender los contenidos que exigen brindar un abanico de soluciones, esto como resultado de la inadecuada aplicación de metodologías y recursos didácticos que no permite que los estudiantes desarrollen un adecuado razonamiento lógico de modo que puedan comprender de mejor manera los problemas planteados
.
2.1 Delimitación del problema El bajo nivel de razonamiento lógico y creatividad en los estudiantes de tercero de bachillerato de la Unidad educativa Fe y Alegría, proceso mental por el cual las personas tienen la capacidad para resolver problemas. Por eso la importancia de desarrollar y mantener activa esta habilidad. Los nuevos tiempos se adentran cada vez a una nueva era, la sociedad del conocimiento y para ello, América del norte y Corea del sur realizan encomiables esfuerzos. Urge preparar a las nuevas generaciones en el manejo de las tecnologías y por ello los gobiernos trazan políticas que exigen que la escuela se ocupe de estos procesos. La escuela ha sido considerada durante muchos años un lugar privilegiado donde la transmisión de los conocimientos debe darse de forma integral incluyendo para ello el uso de la tecnología como un medio de la enseñanza-aprendizaje es así que estudios a nivel de América Latina y el Caribe según la UNESCO señala que: El acceso a una educación de calidad, en tanto derecho fundamental de todas las personas, se enfrenta a un contexto de cambio paradigmático “principios precursores de la aplicación de la enseñanza basada en competencias al identificar los pilares básicos de una educación permanente para el Siglo XXI, consistentes en «aprender a conocer», «aprender a hacer», «aprender a ser» y «aprender a convivir»”. El desarrollo que han alcanzado las TICs (Tecnologías de la Información y la Comunicación) en los últimos años demanda al sistema educacional una actualización
4 de prácticas y contenidos que sean acordes a la nueva sociedad de la información. Esta actualización implica en primer lugar un desafío pedagógico, para incorporar las TICs al aula y en el currículum escolar, la adecuación de la formación inicial y en servicio de los docentes, y políticas públicas que aseguren la implementación sistémica de reformas que impacten en los sistemas educativos de manera integral, lo que incluye asegurar la cobertura y calidad de la infraestructura tecnológica (hardware, software y acceso a servicios de información y comunicación). Junto con esto, las TICs también presentan potenciales beneficios para mejorar la gestión escolar, lo que implica además preparar a directivos y administrativos en estas nuevas tecnologías UNESCO, 2015, p. 16). Ecuador no está exento de ello. El estado ecuatoriano tiene entre sus propósitos lograr hombres y mujeres innovadoras y para ello la escuela y toda la sociedad debe prepararse. En la Constitución de la República del Ecuador (2008) se plantea en el Art. 27 lo siguiente: La educación se centrará en el ser humano y garantizará su desarrollo holístico, […]; será participativa, obligatoria, intercultural, democrática, incluyente y diversa, de calidad y calidez; impulsará la equidad de género, la justicia, la solidaridad y la paz; estimulará el sentido crítico, el arte y la cultura física, la iniciativa individual y comunitaria, y el desarrollo de competencias y capacidades para crear y trabajar (Constitución, 2008, p.22). Por otra parte, en el literal 2 en el Art. 16 se señala que.- Todas las personas, en forma individual o colectiva tienen derecho a: “El acceso universal a las tecnologías de información y comunicación” (Constitución, 2008). De igual manera en el Título uno capítulo dos Art. 2 y 3 literal h,u,t en la LOEI el ministerio de Educación señala: Se considera al interaprendizaje y multiaprendizaje como instrumentos para potenciar las capacidades humanas por medio de la cultura, el deporte, el acceso a la información y sus tecnologías, la comunicación y el conocimiento, para alcanzar niveles de desarrollo personal y colectivo; Se establece a la investigación, construcción y desarrollo permanente de conocimientos como garantía del fomento de la creatividad y de la producción de conocimientos, promoción de la investigación y la experimentación para la innovación educativa y la formación científica; La
5 promoción del desarrollo científico y tecnológico; y la proyección de enlaces críticos y conexiones articuladas y analíticas con el conocimiento mundial para una correcta y positiva inserción en los procesos planetarios de creación y utilización de saberes (LOEI, 2012, p.15-17). La misión de la Unidad Educativa Fe y Alegría es formar hombres y mujeres conscientes de sus potencialidades y de la realidad que los rodea, abiertos a la transcendencia, agentes de cambio y protagonistas de su propio desarrollo. Esta institución tiene dentro de su misión lograr la formación de jóvenes innovadores y para ello aplica la metodología CORDIS, que consiste en contextualizar el conocimiento, revalorizar los saberes previos y lograr a través de los diálogos de saberes la interacción de los estudiantes con el nuevo conocimientos y la innovación que de ella debe derivarse como resultado de lo aprendido. Se intenta cumplir lo que se ha señalado en la LOIE y en la constitución, en relación con el uso de las tecnologías de la información y las comunicaciones. Sin embargo, no siempre se logra lo que la dirección de la institución y el propio estado aspira. La realidad de la práctica educativa demuestra que no todos los docentes están preparados para lograr de manera creadora y productiva el uso de las tecnologías en función de las clases. Por otra parte, existe el desconocimiento de algunos docentes del valor que tienen las TICS, para lograr con ella desarrollar en los estudiantes un pensamiento computacional. Asimismo, pudiera señalarse que el nivel de actualización de los docentes en relación con los nuevos enfoques que actualmente se siguen para promover el aprendizaje no es conocido por ellos. Todo esto hace que se abra una brecha entre los propósitos de Estado ecuatoriano, la misión de la Unidad Educativa y las aspiraciones de cada uno de los docentes. Por tal razón esta investigación se plantea como problema a resolver: La presente investigación busca cómo contribuir de forma positiva al mejoramiento del razonamiento lógico y un aporte a la resolución de problemas de la vida real, de los estudiantes de tercero de bachillerato, aplicando contenidos y conceptos informáticos en el desarrollo de un producto electrónico digital, pasando del saber conocer al saber hacer donde el conocimiento es más significativo y sostenible calando en las mentes de los estudiantes logros y méritos académicos de saber trabajar en grupos cooperativos y gestionar los tiempos
6 y propios conocimientos, ya que, este tipo de proyectos permite que los estudiantes sean los autores de su propio conocimiento.
2.2 Formulación y sistematización del problema 2.2.1
Formulación del problema. ¿Cómo desarrollar el pensamiento computacional en estudiantes de tercero de
bachillerato de la Unidad Educativa Fe y Alegría mediante estrategias didácticas? 2.2.2
Sistematización del problema. Preguntas específicas.
¿Cuáles son los referentes teóricos y tecnológicos que fundamentan y desarrollan el pensamiento computacional?
¿Cuál es el nivel de desarrollo de pensamiento computacional en los estudiantes de tercero de bachillerato?
¿Qué estrategia didáctica y materiales tecnológicos permiten el desarrollo del pensamiento computacional?
¿La creación de una guía didáctica basada en el lenguaje de programación permitirá contribuir al desarrollo del pensamiento computacional en los estudiantes de tercero de bachillerato?
2.3 Justificación de la investigación Las condiciones económicas y sociales de nuestros países y las oportunidades que ofrecen desde la educación tienen grandes rezagos frente a la modernidad. Es difícil esperar grandes cambios desde la política pública para desencadenar nuevas rutas, nuevos destinos, al fin y al cabo, innovar en innovación exige paciencia, persistencia y profundidad. Pero enfrentar los retos de los nuevos tiempos. No se trata de acelerar nuestras vidas, sino hacerlas
7 más productivas, creativas, asomándonos a los fundamentos de estos cambios, gastando las energías en lo que realmente importa incluso para nuestro espíritu. Siendo la educación un derecho universal como lo refiere las Naciones Unidas (2015) en la Declaración Universal de los Derechos Humanos en su art. 26.- “La educación tendrá por objeto el pleno desarrollo de la personalidad humana y el fortalecimiento del respeto a los derechos humanos y a las libertades fundamentales” (p.54). Por otra parte la agenda de desarrollo sostenible de las Naciones Unidas (2016) para los próximos 15 años, en su cuarto objetivo toma a “la educación como la base para mejorar la vida de las personas y el desarrollo sostenible” (p.15). Además menciona que una de las razones de la falta de una educación de calidad es la escasez de profesores capacitados y las condiciones precarias en las que se encuentran escuelas de muchas zonas del mundo y las cuestiones de equidad relacionadas con las oportunidades que tienen niños y niñas de zonas rurales. La UNESCO, como la agencia de las Naciones Unidas especializada en el sector de educación a nivel mundial, en su Estrategia de Educación para los años 2014-2021, busca “responder a acontecimientos cada vez más complejos y rápidos, además del contexto actual del desarrollo de la educación, haciendo hincapié en que la educación es para todos” (p.14). Por tal motivo la educación en todo el mundo forma parte prioritaria de la agenda de desarrollo de todos los países. Dentro del contexto ecuatoriano la Constitución de la República del Ecuador en la sección quinta, art. 26. La educación es un derecho de las personas a lo largo de su vida y un deber ineludible e inexcusable del Estado. Constituye un área prioritaria de la política pública y de la inversión estatal, garantía de la igualdad e inclusión social y condición indispensable para el buen vivir. Las personas, las familias y la sociedad tienen el derecho y la responsabilidad de participar en el proceso educativo. Por su parte la Ley Orgánica de Educación Intercultural (2011) en el art. 2, literal w, como uno de sus principios fundamentales la educación de calidad y calidez garantizando:
8 El derecho a una educación de calidad y calidez, pertinente, adecuada, contextualizada, actualizada y articulada en todo el proceso educativo, (…), además garantiza la concepción del educando como el centro del proceso educativo, con una flexibilidad y propiedad de contenidos, procesos y metodologías que se adapte a sus necesidades y realidades fundamentales. El Plan Nacional de Desarrollo (2017) en su primer objetivo: Garantiza una vida digna con iguales oportunidades para todas las personas, entendiendo a la educación como un sistema integral que resulta prioritario y necesario el fortalecimiento de la educación intercultural bilingüe, la formación docente y una nueva articulación armónica entre los actores del sistema de educación . Conscientes de esta realidad se ha decidido desarrollar la presente investigación que permitirá fortalecer el pensamiento computacional de los estudiantes de tercero de bachillerato especialidad aplicaciones Informáticas de la Unidad Educativa Fe y alegría del Cantón Santo Domingo, provincia de Santo Domingo de los Tsáchilas, la misma que cuenta con 700 estudiantes en la sección vespertina, del que se tomó una muestra de 30 estudiantes donde se aplicará un diagnóstico consiguiente a los resultados obtenidos un plan de intervención y luego poder contrastar los resultados obtenidos. Los sistemas educativos actuales deben orientar sus procesos no solo a la adquisición del conocimiento, sino a conseguir estudiantes analíticos, críticos, reflexivos, creativos innovadores y creadores de resolución de problemas pero esto requiere que el docente utilice estrategias que le permitan adaptar su quehacer diario a los cambios y exigencias del mundo actual utilizando como recurso la tecnología.
2.4 Objetivos de la investigación 2.4.1
Objetivo general. Desarrollar una propuesta metodología que aporte al desarrollo el pensamiento
computacional en estudiantes de tercero de bachillerato de la Unidad Educativa Fe y Alegría mediante la estrategia didáctica gamificación y el uso del lenguaje de programación Arduino.
9 2.4.2
Objetivos específicos.
Sistematizar los fundamentos teóricos y tecnológicos que permitan definir el pensamiento computacional en bachillerato.
Diagnosticar el nivel de pensamiento computacional de los estudiantes de tercero de bachillerato.
Diseñar una guía didáctica basada en el lenguaje de programación que contribuya al desarrollo del pensamiento computacional en los estudiantes de tercero de bachillerato
En la tabla 1 se detalla la relación que existe entre objetivos y preguntas de investigación. Tabla 1. Relación entre objetivos y preguntas de investigación Tema Objetivo P.I. general General
Gamificación, y uso del lenguaje de programación Arduino como estrategia didáctica lúdica para el desarrollo del pensamiento divergente para estudiantes de tercero de bachillerato de la Unidad Educativa Fe y Alegría
Desarrollar una propuesta metodología que aporte al desarrollo el pensamiento computacional en estudiantes de tercero de bachillerato de la Unidad Educativa Fe y Alegría mediante la estrategia didáctica gamificación y el uso del lenguaje de programación Arduino.
¿Cómo desarrollar el pensamiento computacional en estudiantes de tercero de bachillerato de la Unidad Educativa Fe y Alegría mediante estrategias didácticas?
P. Investigación específicas ¿Cuáles son los referentes teóricos y tecnológicos que fundamentan y desarrollan el pensamiento computacional? ¿Cuál es el nivel de desarrollo de pensamiento computacional en los estudiantes de tercero de bachillerato? ¿Qué estrategia didáctica y materiales tecnológicos permiten el desarrollo del pensamiento computacional? ¿La creación de una guía didáctica basada en el lenguaje de programación permitirá contribuir al desarrollo del pensamiento computacional en los estudiantes de tercero de bachillerato?
Objetivos específicos Sistematizar los fundamentos teóricos y tecnológicos que permitan definir el pensamiento computacional en bachillerato. Diagnosticar el nivel de pensamiento computacional de los estudiantes de tercero de bachillerato. Diseñar una guía didáctica basada en el lenguaje de programación que contribuya al desarrollo del pensamiento computacional en los estudiantes de tercero de bachillerato
10
3
MARCO REFERENCIAL
En la revisión literaria de investigaciones que anteceden el proyecto de investigación, se pudo establecer la existencia de seis trabajos que por su naturaleza y características guardan relación con el presente estudio.
3.1 Antecedentes Los recursos digitales en la educación invitan a los docentes utilizar lenguajes e instrumentos de programación articulados con la electrónica y la robótica que facilitan la interacción activa de los estudiantes en el proceso del aprendizaje, en el desarrollo de la presente investigación de descubren investigaciones que anteceden , a continuación se citan algunos a nivel internacional: Se destaca una investigación en la Universidad de Extremadura, Centro Universitario de Mérida, España con el tema “Gamificación y Educación Móvil en la Universidad”, propuesta por Arias, et all., (2017), donde mencionan que en la actualidad hay docentes con grandes intenciones de innovar, utilizando recursos y estrategias que permitan la creación y gestión de espacios de enseñanza-aprendizaje en un entorno de colaboración en el que se aliente a los estudiantes a interactuar, convirtiéndose en los protagonistas de su formación académica. Por un lado, estas instituciones desarrollan cursos virtuales en plataformas de aprendizaje de tecnología. Esta estrategia ha permitido obtener resultados en los que existe una tendencia en la mejora del rendimiento académico de los alumnos. Además en una conferencia realizada por Jalden, Moreno y Skog. (2018), en el departamento de ingeniería eléctrica, en la universidad oping, Suecia, los autores mencionan de una plataforma basada en Arduino Due para el procesamiento de señales digitales (DSP). La plataforma consiste en un escudo desarrollado internamente para una interfaz robusta con señales de audio analógicas y entradas de usuario, y un Arduino Due disponible en el mercado que ejecuta el código DSP de los estudiantes. Esta combinación permite el uso directo del entorno de desarrollo integrado (IDE) de Arduino, con su baja barrera de entrada para los estudiantes, su bajo mantenimiento y la interoperabilidad entre plataformas, y su gran base de usuarios. Las características relevantes de hardware y software de la plataforma se discuten a lo largo, al igual que las elecciones de diseño realizadas en relación con los
11 objetivos de aprendizaje y el uso planificado de la plataforma en nuestro propio curso de DSP. Por otra parte el proyecto de robótica como aprendizaje multidisciplinario: una perspectiva de curso de verano de dos meses diseñado para presentar a los participantes un manual técnico práctico sobre robótica y adquirir experiencia en los detalles de bajo nivel de los sistemas integrados. Los asistentes comenzaron este curso con una breve introducción a la robótica; aprendieron a dibujar, diseñar y crear una estructura 3D personalizada para su plataforma robótica móvil y desarrolló habilidades en sistemas integrados. Se familiarizaron con las prácticas utilizadas en robótica, aprendieron a conectar todos los sensores y actuadores, desarrollaron una aplicación típica en cinemática diferencial utilizando Arduino, exploraron las características de ROS en el entorno Raspberry Pi y la comunicación Arduino - Raspberry Pi. Se abordaron diferentes paradigmas y algunas aplicaciones y programación reales sobre el tema de la Inteligencia Artificial (Ferreira y Freitas, 2018). A nivel nacional se puede citar los siguientes trabajos de investigación: En la Universidad de Alicante de España Pérez (2017) realiza una tesis para aspirar al grado de doctor realizando un estudio con los estudiantes de la carrera de Informática de la Universidad Central del Ecuador de la carrera de Sistemas proponiéndose “El uso de Scratch como herramienta para el desarrollo del pensamiento computacional en Programación I”, los resultados obtenidos se considera que no presentan un incremento de forma sustancial en todas la dimensiones seleccionadas. Sin embargo enfatiza que los estudiantes mejoraron el reconocimiento de patrones así en aspectos referentes al aprendizaje dependiendo del género. Asimismo en la Escuela Superior Politécnica de Chimborazo Fernández (2017) plantea un estudio con el tema el “Pensamiento computacional y su relación con el desarrollo de la creatividad en los niños y niñas del Quinto Grado de Educación General Básica de la Unidad Educativa San Felipe Neri de la ciudad de Riobamba”, con el propósito de desarrollar la creatividad en los niños y niñas del quinto grado de educación general básica. El estudio partió de observaciones exploratorias, entrevistas y encuestas tanto a la maestra como a los estudiantes, para identificar problemas y oportunidades en el uso de las Tecnologías de la Información y la Comunicación (TIC). Al final se lograron proponer un modelo referencial para desarrollar la Creatividad, en niños y niñas, a través de la aplicación del Pensamiento Computacional. Se recomiendo también la creación de clubes de programación en las
12 instituciones educativas para impulsar el desarrollo de personas creativas, críticas, participativas y productivas. Con respecto a las investigaciones que se realizan localmente se puede citar a Bonilla (2017), estudiante de la Universidad PUCE sede Santo Domingo escuela de Sistemas, quien realizó como trabajo de titulación con el tema “Laboratorio Remoto con Arduino”, este trabajo se caracteriza por facilitar la interacción de los estudiante en el proceso de enseñanzaaprendizaje en las asignaturas afines a la electrónica. El resultado del proyecto fue una la creación y desarrollo de una herramienta confiable, escalabre, robusta e interactiva; capaz de interactuar remotamente con electrónicos. Los estudios citados anteriormente se tienen como referencia para elaborar el bastón sensorial, domótica y juegos digitales mismos, que servirá como recurso didáctico para desarrollar el razonamiento lógico-critico en los estudiantes de la Unidad Educativa Fe y Alegría. La relación con el presente trabajo radica en el estudio la influencia del pensamiento computacional en el proceso de enseñanza- aprendizaje mediante el uso de las TICs para desarrollar el razonamiento lógico lógico-critico, además de aportar teóricamente para la sustentación científica del proyecto.
13
3.2 Marco teรณrico Se presenta el esquema de contenidos a tratar en el marco teรณrico en la figura 1.
Figura 1. Marco teรณrico
14 3.2.1
TIC en la educación La globalización junto con el desarrollo y la rápida propagación de las nuevas
tecnologías de la información TICS que permiten desarrollar cambios importantes en diversos ámbitos sociales, económicos y educativos a nivel mundial, como se observa en la figura 2. El impacto que ha influido en la nuestras vidas al integrar las tecnologías digitales a nuestras rutinas a alta velocidad. Estudiar y administrar un idioma extranjero en este nuevo contexto es una forma de satisfacer una necesidad para poder acceder a las posibilidades de educación y empleo en lugar de ser un simple pasatiempo agradable para atender el tiempo libre (Yakimov, 2018).
Figura 2. TIC en el mudo del conocimiento. Adaptado de “Viviendo el privilegio de educar” por Vaneducap, 2015.
En el campo de la educación, la introducción de las TIC ha provocado un cambio de paradigma en el proceso de enseñanza-aprendizaje. Hoy en día, nuestros estudiantes están aprovechando las nuevas tecnologías y, por lo tanto, aprenden de una manera nueva: crean conocimiento en lugar de memorizar y repetir contenido. Dentro de este nuevo entorno digital, nosotros, los maestros, debemos brindarles a nuestros alumnos lecciones en las que el mundo exterior de las tecnologías emergentes se une al aula y actúen como guías. Los alumnos deben sentir que pueden tener una identidad en línea en los espacios de redes para aumentar las oportunidades de aprendizaje, fomentar la colaboración, la motivación y el intercambio de conocimientos (Yakimov, 2018).
15 Recursos digitales Actualmente, muchas escuelas están equipadas con clases de computación, y los maestros tienen la oportunidad de usar la tecnología moderna en el aula. El uso de una computadora durante el entrenamiento le permite crear un entorno de información que estimule el interés y la curiosidad del niño. La computadora se convierte en un intermediario electrónico entre profesor y alumno. Le permite intensificar el proceso de aprendizaje, lo hace más vívido y visual, brinda la oportunidad de enseñar a un ritmo individual para cada alumno y también le permite liberar al maestro de una serie de funciones tediosas, como la escritura sin fin en el pizarrón, el desarrollo de habilidades y conocimientos básicos (Cerda, y Saiz, 2018). Como se muestra en la figura 3, la introducción de las nuevas tecnologías informáticas en el proceso educativo, el problema de la acumulación y el uso de los recursos educativos digitales se vuelven urgentes.
Figura 3. Recursos digitales educativos. Adaptado de Vaneducap, 2015.
Utilizar los recursos educativos digitales como son fotografías digitalizadas, videoclips, modelos estáticos y dinámicos, objetos de modelado interactivo y de realidad virtual, materiales cartográficos, grabaciones de sonido, objetos simbólicos y gráficos de negocios, documentos de texto, software de programación y otros materiales educativos necesarios para organizar el proceso educativo (Arrondo, Bernacer y Díaz ,2017). Parece que los tiempos de las clases con recursos tradicionales van desapareciendo rápidamente. El mundo digital les da a todos la oportunidad de desarrollar el pensamiento computacional, no necesariamente en el aula. Internet y otros recursos digitales proporcionan a los estudiantes y profesores los medios para llegar al mundo
16 y extraer la información que les resulte más interesante, sea cual sea. En el aula, hay muchas cosas que los estudiantes saben más acerca de sus maestros, simplemente porque los estudiantes pueden hacer una investigación que una vez fue tediosa y requirió muchos viajes a la biblioteca, pero ahora solo se necesitan unos pocos clics del mouse (Cerda y Saiz, 2015, p.18). Según Blanco, Ramos y Sánchez (2018) el maestro eventualmente será un facilitador, dando consejos e instrucciones sobre cómo encontrar conocimiento en lugar de repartirlo en una placa de plata. Por supuesto, algunos de los buenos maestros ya lo hacen, y les resultará fácil utilizar la tecnología para ampliar sus recursos. Sin embargo, incluso con su historial de éxito, no han cambiado significativamente los patrones de aprendizaje y enseñanza que están presentes en la mayoría de las escuelas de todo el mundo. Las medidas efectivas de las innovaciones educativas son:
La innovación aumenta las habilidades maestras del aprendiz.
Lograr el mismo nivel de aprendizaje en un período de tiempo más corto.
Puede un maestro enseñar a más estudiantes al mismo nivel de logros.
Las nuevas tecnologías digitales tienen el potencial de ser muy diferentes porque combinan todos los recursos anteriores en una unidad accesible (Blanco, Ramos y Sánchez, 2018). Gamificación y arduino como elementos trasformadores de la educación En cuanto a Villalustre y Del Moral (2015), la tecnología impregna gran parte de nuestra vida cotidiana. Es justo decir que ha cambiado la forma en que vivimos; desde la forma en que compramos, trabajamos y jugamos hasta la forma en que comemos, conocemos gente y socializamos. Los responsables de la formulación de políticas están comenzando a explorar los beneficios potenciales del uso de la tecnología para agilizar la carga de trabajo de los docentes, y sabemos desde hace tiempo que tomar algo que a muchos niños les encanta, los juegos, y el uso de algunas de las funciones para apoyar el aprendizaje puede ser muy útil. Por otra parte Arias, et all., (2017), mencionan que la gamificación en la educación, o la gamificación en el aprendizaje, a veces se describe usando otros términos: pensamiento de juego, principios de juego para la educación, diseño de motivación, diseño de compromiso,
17 entre otros. Es diferente del aprendizaje basado en el juego en que no involucra a los estudiantes haciendo su propia Juegos o juegos de video hechos comercialmente. Funciona bajo el supuesto de que el tipo de compromiso que los jugadores experimentan con los juegos se puede traducir a un contexto educativo hacia los objetivos de facilitar el aprendizaje e influir en el comportamiento de los estudiantes. Dado que los jugadores pasan voluntariamente incontables horas jugando juegos y resolviendo problemas, investigadores y educadores han estado explorando formas de aprovechar el poder de motivación de los videojuegos y aplicarlos al aula como se puede evidenciar en la figura 4.
Figura 4. Gamificación en la educación. Adaptado de Greenhatpeople, 2015.
Igualmente Ortiz, Jordán y Agredai (2018), realizan un estudio y análisis donde se refieren a que la gamificación no es nueva. Se habla de eso por algún tiempo, pero existe el peligro de que se convierta en una conversación que se reduce a tecnología contra tradición. No debería. La gamificación no es lo mismo que el aprendizaje basado en juegos. No se trata de usar Fortnite para enseñar matemáticas. Se trata de usar algunos de los elementos de los juegos de computadora para impulsar el compromiso de enseñanza-aprendizaje. Se podrían incluir sistemas de puntos, niveles, bonos y tablas de puntuación: todo lo que los niños estarán familiarizados con el tiempo de ocio en línea y todo lo que puede ser efectivo cuando se trata de involucrar a los estudiantes. Pueden aumentar el compromiso y monitorear el progreso de una manera menos formal. Con tantos beneficios, no es una sorpresa que la gamificación haya evolucionado para convertirse en una parte clave de los recursos educativos. Una de las cosas que la convierte en una gran herramienta es que el maestro juega un papel esencial.
18 Sin embargo, una vez más, la gamificación en este caso es bastante diferente al aprendizaje basado en juegos. La gamificación tiene el objetivo clave de motivar a los alumnos a través del proceso de bucle de retroalimentación, ofreciendo retroalimentación directa y rápida. Como se puede observar la figura 5, el aprendizaje basado en juegos, por otro lado, es la idea de diseñar lecciones con un elemento competitivo en mente. Ambos juegan un papel importante en el aula y, en última instancia, pueden llevar a los estudiantes a sentirse motivados y comprometidos con su aprendizaje. La rápida expansión de la tecnología, desde las mesas táctiles a las tabletas, a las pantallas interactivas, combinada con las diversas actualizaciones de dispositivos a lo largo del tiempo, significa que muchos dispositivos ahora vienen con software educativo preinstalado. Este software a menudo incluye elementos de aprendizaje basado en juegos y ofrece la oportunidad de ayudar a los maestros a integrar la gamificación en sus lecciones (Aguilar y Ramos, 2016, p. 72).
Figura 5. Gamificación: “Un juego no solo de niños y niñas”. Adaptado Imeelz, 2017.
La presencia de la tecnología como es la de Arduino en el aula puede facilitar la participación de todos los alumnos al simplificar el proceso de adaptación de herramientas y actividades. Las herramientas de gamificación precargadas y estructuradas combinadas con los recursos que la plataforma de arduino, pueden facilitar, el uso de la teoría detrás de los juegos para captar los intereses de los estudiantes y ayudar a que la educación sea difícil. La competencia sana y los aspectos de colaboración grupal pueden alentar el trabajo en equipo y la capacidad de recuperación, habilidades clave para la empleabilidad a medida que avanzamos hacia un futuro cambiante y a la generación digital que ellos pertenecen (Mariño, Gallegos, Camacho, Cruz y Mancillas, 2017, p. 410).
19 Arduino aplicado a la educación La plataforma arduino es un recurso didáctico que permite trabajar de manera articulada las materias de electrónica, programación, robótica facilitando el proceso de enseñanzaaprendizaje en los estudiantes a tempranas edades, ya que es, una plataforma de código abierto y libre y económico (Novak, Kalova y Pech, 2018). Arduino tiene la misión de hacer que la tecnología sea accesible para todos, y en las manos de cada estudiante y educador. Para hacer esto posible, han creado Arduino Education: un equipo global dedicado formado por expertos en educación, desarrolladores de contenido, ingenieros y diseñadores de interacción. Arduino Education se centra en crear la próxima generación de programas STEAM, que integra Ciencia, Tecnología, Ingeniería, Artes y Matemáticas, al mismo tiempo que respalda las necesidades de los maestros y estudiantes a lo largo de la jornada educativa como se presenta en la Figura 6 (Arduino, 2019, p. 54).
Figura 6. Interactuando con Arduino. Adaptado de Intel IQ.
Como Novak, Kalova y Pech (2018) mencionan que arduino es una plataforma electrónica de código abierto basada en hardware y software fáciles de usar. Las placas Arduino pueden leer entradas (luz en un sensor, un dedo en un botón o un mensaje de Twitter) y convertirla en una salida: activar un motor, encender un LED y publicar algo en línea. Puede decirle a su tarjeta qué debe hacer enviando un conjunto de instrucciones al microcontrolador en la tarjeta. Para hacerlo, utiliza el lenguaje de programación Arduino (basado en Wiring) y el software Arduino (IDE), basado en el procesamiento (Duch y Jaworski , 2018).
20 A lo largo de los años, Arduino ha sido el cerebro de miles de proyectos, desde objetos cotidianos hasta instrumentos científicos complejos. Una comunidad mundial de creadores (estudiantes, aficionados, artistas, programadores y profesionales) se ha reunido en torno a esta plataforma de código abierto, como se muestra en la figura 7, sus contribuciones han sumado una cantidad increíble de conocimiento accesible que puede ser de gran ayuda para los principiantes y expertos por igual (Yfoulis, Papadopoulou, 2018, p. 12).
Figura 7. Arduino en la educación. Adaptado de Neowin, 2018.
Arduino nació en el Instituto de Diseño de Interacción Ivrea como una herramienta fácil para la creación rápida de prototipos, dirigida a estudiantes sin experiencia en electrónica y programación. Tan pronto como llegó a una comunidad más amplia, la placa Arduino comenzó a cambiar para adaptarse a las nuevas necesidades y desafíos, diferenciando su oferta de tablas simples de 8 bits a productos para aplicaciones IoT, impresión portátil, impresión 3D y entornos integrados. Todas las placas Arduino son completamente de código abierto, lo que permite a los usuarios construirlas de forma independiente y, eventualmente, adaptarlas a sus necesidades particulares. El software también es de código abierto y está creciendo a través de las contribuciones de los usuarios de todo el mundo (Jalden, Moreno y Skog, 2018). Arduino se ha utilizado en miles de proyectos y aplicaciones diferentes. El software Arduino es fácil de usar para principiantes, pero lo suficientemente flexible para usuarios avanzados. Se ejecuta en Mac, Windows y Linux. Los maestros y los estudiantes lo utilizan para construir instrumentos científicos de bajo costo, para probar los principios de química y física, o para comenzar con la programación y la robótica. Diseñadores y arquitectos construyen prototipos interactivos, músicos y artistas lo utilizan para instalaciones y para experimentar con nuevos instrumentos musicales. Los fabricantes, por supuesto, lo utilizan para construir muchos de los proyectos expuestos en la Maker Faire, por ejemplo. Arduino es
21 una herramienta clave para aprender cosas nuevas. Cualquier persona (niños, aficionados, artistas, programadores) puede comenzar a hacer modificaciones siguiendo las instrucciones paso a paso de un kit, las ventajas que ofrece trabajar con arduino en el ámbito escolar es muy grande y productiva como se muestra en la tabla 2 (Foulis y Papadopoulou, 2018). Tabla 2. Ventajas que ofrece Arduino para la utilización en el área educativa Ventajas Barato Multiplataforma
Entorno de programación simple y claro
Software de código abierto y extensible
Fuente abierta y hardware extensible
Características Los tableros Arduino son relativamente económicos en comparación con otras plataformas de microcontroladores. El software de Arduino (IDE) se ejecuta en Windows, Macintosh OS X, y Linux. La mayoría de los sistemas de microcontroladores están limitados a Windows. Para los maestros, está convenientemente basado en el entorno de programación de Procesamiento, por lo que los estudiantes que aprenden a programar en ese entorno estarán familiarizados con el funcionamiento del IDE de Arduino. El software Arduino se publica como herramientas de código abierto, disponibles para la extensión por programadores experimentados. El lenguaje se puede expandir a través de las bibliotecas de C #. Los planes de los tableros Arduino se publican bajo una licencia de Creative Commons, por lo que los diseñadores de circuitos experimentados pueden crear su propia versión del módulo, ampliarlo y mejorarlo.
Nota. Con respecto a la tabla anterior se podría mencionar que las ventajas que ofrece al trabajar con Arduino permiten desarrollar el pensamiento computacional ya que permite trabajar en la programación de microcontroladores de manera secuencial y organizada.
Robótica y electrónica en la educación Al considerar el impacto que la robótica tendrá en la sociedad, podemos establecer un fuerte paralelismo entre la industria de la robótica y la industria de la computación en los años 80. En la década de 1980, todos hubiéramos dicho: "necesitaremos más programadores en el futuro". Y aunque esa afirmación hubiera resultado ser cierta, lo que se habría pasado por alto fue una implicación mucho mayor: que todos necesitarían conocimientos de informática como se muestra en la figura 8 (Enríquez y Aguilar, 2016)
22
Figura 8. La robótica en la educación. Adaptado de 123RF, 2017.
Lo mismo ocurre con la industria robótica actual. Cuando consideramos el aumento de la productividad, la confiabilidad y los beneficios de la robótica, es probable que todos estemos de acuerdo en que "necesitaremos más robotistas en el futuro", pero en realidad el impacto será mucho más profundo y de mayor alcance (Ferreira y Freitas 2018). Dentro del sistema educativo, los distritos escolares ya emplean a una gran cantidad de maestros que pueden enseñar efectivamente inglés, estudios sociales y educación física. ¿Qué tipo de habilidades nos faltan dentro de nuestra población docente actual? Profesores que entienden y pueden enseñar programación y robótica (Enríquez y Aguilar, 2016). Chiluisa, Ortega, Robles y Pesantez (2018) mencionan que hay una brecha de habilidades dentro de nuestras escuelas, y a medida que la demanda de estas habilidades crezca en la próxima década, los administradores intentarán llenar esas brechas. Se otorgará referencia a los solicitantes de empleo con experiencia en robótica y programación. Todas las demás habilidades seguirán siendo importantes, pero habrá otra alfabetización que desempeñará un papel importante en la empleabilidad: la alfabetización robótica. La industria informática tardó 30 años en pasar de ser una industria de silo al punto en que la alfabetización informática es una habilidad necesaria para un número significativo de trabajos. La industria de la robótica hará ese mismo viaje en menos de 10 años, porque no tenemos necesidad de reducir un mainframe del tamaño de un edificio para que quepa en su bolsillo. Se ha trabajado duro y la robótica comenzará a impactar a la fuerza laboral a un
23 ritmo cada vez más rápido. Una vez que se considera el impacto significativo que la robótica tendrá en nuestra fuerza laboral y sociedad, es importante considerar cómo preparamos a nuestros estudiantes para esta transformación (Chiluisa, Ortega, Robles y Pesantez, 2018). A su vez, Couceiro, Araújo, Tatarian y Ferreira (2019) mencionan que se acepta el hecho de que todos los estudiantes necesitarán conocimientos de robótica en la próxima década, pero solo el 2% de nuestros graduados tendrán algún conocimiento de robótica, efectivamente el 98% de nuestros estudiantes se graduarán de la escuela secundaria sin una alfabetización clave cuando buscando trabajo. En pocas palabras, estamos al borde de una brecha de habilidades de proporciones sin precedentes. Y dentro de una economía global, si nuestros estudiantes carecen de las habilidades necesarias para reclamar los empleos nuevos o evolucionados, las personas de otros países, estados, ciudades los cumplirán. 3.2.2
Teoría de la creatividad Al mismo tiempo Cerda (2000), indica que los seres humanos nacen creativos por
naturaleza la educación es la que en las últimas décadas ha limitado la creatividad en los estudiantes al no propiciar espacios donde puedan desarrollar su creatividad innata debemos tomar en cuenta que la escuela es el lugar ideal donde deben lograrlo. Es equivocado pensar que la creatividad pertenece solo al campo de las artes o a la asignatura de educación artística, al contrario para la resolución de problemas es importante que los estudiantes desarrollen la creatividad donde puedan expresar sus capacidades y aptitudes mediante un trabajo colaborativo. Proceso creativo Un buen ambiente en el aula siempre tiene algunos elementos de creatividad que hacen que las lecciones sean más interesantes e interactivas. La combinación correcta de creatividad junto con el plan de estudios ayuda a los estudiantes a ser innovadores y también los alienta a aprender cosas nuevas. Los estudiantes pueden crecer como buenos comunicadores además de mejorar sus habilidades emocionales y sociales. Las aulas creativas realmente pueden transformar la forma en que los estudiantes adquieren educación y cómo la aplican en su vida real. De hecho, la expresión creativa juega un papel clave en el desarrollo emocional de un estudiante (Barrera, Ledesma, Ortiz, Toro, et al, 2018, p. 7).
24 Expresiones creativas de los estudiantes Libertad de expresión, a diferencia de los métodos de enseñanza convencionales, las aulas creativas les dan la oportunidad de expresarse. Ya sea que se trate de debates, discusiones en el aula o excursiones, los estudiantes tienen la oportunidad de salir de sus estantes y formar parte de él. Esta libertad de expresión les da un sentido de bondad y felicidad. Hacer algunas contribuciones en las sesiones de aprendizaje también les da un sentido de satisfacción. Un enfoque creativo para el aprendizaje los hace más abiertos con los rompecabezas que se les presentan y les da una sensación de logro y orgullo (Tehranineshat y Rakhshan, 2018, p. 4-8). El desarrollo emocional, es la expresión creativa es importante para que un niño desencadene su desarrollo emocional. Es importante destacar que esto tiene que suceder en sus clases más bajas para que crezcan respondiendo bien a los acontecimientos que los rodean. La creatividad les da la libertad de explorar los alrededores y aprender cosas nuevas de ellos. Los estudiantes siempre amarían un entorno de aula que les ayude a explorar libremente sin establecer límites. Cuando pueden mostrar sus emociones verdaderas de una manera creativa en sus aulas, pueden desarrollar un buen nivel de confianza (Barrera, Ledesma, Ortiz, Toro, et al, 2018, p. 8-9). Mejora la capacidad de pensamiento, la creatividad puede estimular la capacidad de pensamiento imaginativo en los estudiantes. Es por eso que los maestros promueven actividades tales como preguntas abiertas, actividades de creación de equipos creativos, sesiones de intercambio de ideas y debates en medio de horarios curriculares ocupados. Algunos maestros usan con tacto estas técnicas para enseñar lecciones difíciles para que los niños aprendan con diversión y facilidad. Las actividades como los espectáculos de títeres mantendrán a los estudiantes interesados en las sesiones de aprendizaje y el flujo de imágenes en su mente les da el placer de la creatividad. Las preguntas abiertas les abrirán un mundo de pensamiento imaginativo y podrán generar respuestas creativas (Cerda, 2000, p. 16). Reducción del estrés y la ansiedad, cuando se dedica cierto tiempo a la creatividad en medio de todos los tiempos de estudio agotadores, quita mucho estrés a los estudiantes. Este sentido de alegría los mantiene relajados y reduce su ansiedad, lo que a su vez les ayuda a prepararse bien para los exámenes y sobresalir en ellos. Integrar más el aprendizaje práctico y hacer espacio para la reflexión visual realmente tendrá un impacto positivo. Fomentar
25 discusiones productivas y hacer que el diseño del aula sea más flexible, es muy importante para crear un ambiente creativo en el aula (Barrera, Ledesma, Ortiz, Toro, et al, 2018, p. 10). A si mismo Barrera, Ledesma, Ortiz, Toro, et al (2018), sugieren que aumenta las habilidades de resolución de problemas: las actividades de intercambio de ideas que involucran rompecabezas pueden estimular las habilidades de resolución de problemas en los niños. La creatividad realmente puede alterar la forma en que los estudiantes abordan un problema y puede ser impresionantemente optimista una vez que pasan por sesiones de enseñanza creativa. Se puede alentar la resolución creativa de problemas en las aulas que ayudan a los alumnos a pensar fuera de la caja y ser más imaginativos e innovadores. De esta manera, los problemas u oportunidades son redefinidos por los estudiantes y las soluciones o respuestas serían más innovadoras. Por otra parte Tehranineshat y Rakhshan (2018), para mejorar el enfoque y la atención: debe existir la capacidad de concentración de un niño de clase baja son solo unos minutos. Los métodos de enseñanza convencionales serían aburridos para ellos y podrían perder su enfoque a mitad de camino. La inclusión de estrategias de enseñanza creativa, como la narración de cuentos y dramas, seguramente mejorará su enfoque y atención, y el tiempo de estudio sería más productivo. Jugar juegos de memoria, tomar descansos e intervalos regulares para traer algo de creatividad y establecer un ambiente de clase flexible puede mejorar mucho su capacidad de atención. Mejores comunicadores, un ambiente de aula que promueve la creatividad les abre un mundo de comunicación. Los estudiantes pueden conversar mejor y estimular el pensamiento innovador y las sesiones de conversación en su tiempo libre. Esto también activa la resolución de problemas en grupo y el aprendizaje compartido que les da una sensación de estar juntos. Los debates en el aula no solo les ayudan a pensar creativamente sino que también entienden y acogen las opiniones de los demás. Este tipo de experiencia creativa compartida les ayuda a abrirse el uno al otro y crecer como mejores comunicadores (Barrera, Ledesma, Ortiz, Toro, et al, 2018, p. 10-12). Seguir las pasiones, hacer que las pasiones se realicen además de sobresalir en el mundo académico es importante para que un estudiante tenga éxito en la vida. Un buen ambiente en el aula debe dar espacio para que los estudiantes sigan sus pasiones, ya sea música, danza, poesía, dibujo u otras formas de arte. Esto les da a los estudiantes una
26 sensación de felicidad que a su vez les ayuda a acercarse a los académicos con una mente libre. Dedicar un tiempo para tales actividades realmente les ayudará a desarrollar sus talentos creativos además de la brillantez académica. Los estudiantes que usan correctamente estas oportunidades pueden salir de la escuela con mucho éxito (Romo y Benlliure, 2010). Las oportunidades futuras en el aula debe ser un espacio estimulante puede tener gráficos que visualicen los objetivos con líneas de tiempo que ayuden a los estudiantes a echar un vistazo sobre la marcha. Las aulas son el lugar donde los estudiantes obtienen el sótano por el éxito que pueden tener cuando crezcan. Las habilidades y la confianza que ganan a lo largo de sus días escolares realmente tendrán un impacto en la forma en que prospera la carrera. De hecho, las personas creativas tienen una ventaja en desencadenar oportunidades futuras que aquellas con un mero conjunto de habilidades académicas. Pueden expresarse libremente durante las rondas eliminatorias y la forma en que se presentan realmente importa en esta fase competitiva (Cruz, 2014, p. 6). Mentalidad innovadora: las preguntas abiertas y las discusiones en clase son dos estrategias populares de enseñanza creativa que ayudan a los estudiantes a desarrollar una mentalidad innovadora. Los estudiantes tienen la oportunidad de pensar más críticamente sobre la pregunta o el tema y proponer ideas innovadoras. Las amistosas discusiones en el aula también les ayudan a pensar de manera decisiva sobre las ideas y contribuciones de los demás mientras piensan críticamente para producir algo innovador. Un ambiente de aula estimulante que es colorido en lugar de blanco y negro puede hacer el truco para que los estudiantes de clase baja y los maestros puedan hacer un esfuerzo para traer algo de humor entre las lecciones orgullo (Tehranineshat y Rakhshan, 2018, p. 8-12). Así pues Barrera, Ledesma, Ortiz, Toro, et al (2018), manifiestan que impulsar el aprendizaje a lo largo de toda la vida: una persona con una mentalidad creativa siempre tiene ese deseo de aprender cosas nuevas cada vez y esto les ayuda a tener esa increíble sensación de aprendizaje a lo largo de toda la vida. Esto realmente los mantendría comprometidos y activos, lo que a su vez les ayuda a mantenerse jóvenes siempre. Una mente curiosa siempre ama aprender más y las aulas creativas pueden desarrollar una mentalidad curiosa en los niños a través de formas no convencionales. Sin embargo Romo y Benlliure (2010), es el papel de un buen maestro traer la combinación correcta de creatividad en las aulas y sacar lo mejor de los estudiantes. El placer
27 de la creatividad también contribuye mucho a mejorar la salud y esto les ayuda a tener un crecimiento continuo en lo académico, así como en el mundo de la creatividad. 3.2.3
Proceso de enseñanza-aprendizaje Estrategia de enseñanza creativa Enseñar habilidades de pensamiento crítico es una necesidad para nuestros estudiantes
porque son habilidades cruciales para vivir la vida. Como tal, cada profesor está buscando formas interesantes de integrarlo en las aulas. Pero, ¿cuáles son exactamente las habilidades de pensamiento crítico y cuáles son algunas de las mejores estrategias que tienen los profesores para impartirlas a los alumnos? (Barrera, Ledesma, Ortiz, Toro, et al, 2018, p. 10- 12). Según Tehranineshat y Rakhshan (2018), el término "pensamiento crítico" está abierto a diferentes interpretaciones, así que comencemos con una perspectiva simple. Es más que solo pensar clara o racionalmente; se trata de pensar de forma independiente. Pensar críticamente sobre algo significa formular tus propias opiniones y sacar tus propias conclusiones. Esto sucede independientemente de la influencia externa. Se trata de la disciplina del análisis, y de ver las conexiones entre las ideas. Sin embargo, también se trata de estar abierto a otros puntos de vista y opiniones. Enseñar habilidades de pensamiento crítico no requiere horas de planificación de lecciones. No necesitas un equipo especial u oradores invitados tampoco. De hecho, todo lo que necesitas son mentes curiosas y algunas estrategias simples.
Trabajar con software educativo desde edades tempranas en la escuela donde ellos puedan interactuar con los computadores y desarrollar un pensamiento computacional y creativo.
Utilizar programas y recursos que permitan desarrollar la programación básica mediante Arduino.
Articular asignaturas fomentando STEM para desarrollar proyectos mediante el aprendizaje basado en problemas.
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Trabajar con grupos cooperativos fomentando el intercambio de ideas (Cantú y Rojas, 2018, p.7).
Estilos de aprendizaje El aprendizaje es una experiencia extremadamente importante y personal para personas de todas las edades. Hace años, se asumía que todos aprendían material nuevo de la misma manera, pero a lo largo del tiempo, la investigación ha descubierto que en realidad existen diferentes estilos de aprendizaje y formas diferentes en que los humanos retienen y procesan la información. De acuerdo con el concepto de Gómez, Calvo, Chapal y García (2018), la personalización del aprendizaje significa crear e implementar escenarios de aprendizaje personalizados basados en sistemas de recomendación adecuados para estudiantes particulares de acuerdo con sus necesidades personales. La inteligencia educativa significa la aplicación de tecnologías y métodos inteligentes que permiten el aprendizaje personalizado para mejorar la calidad y la eficiencia del aprendizaje. En el aprendizaje personalizado, en primer lugar, deben implementarse los perfiles integrados de los estudiantes. Después de eso, se deben crear sistemas de recomendación personalizados basados en ontologías para sugerir componentes de aprendizaje (objetos de aprendizaje, actividades, métodos, herramientas, aplicaciones, entre otras.) adecuados para estudiantes particulares según sus perfiles. Por lo tanto, se podrían crear escenarios de aprendizaje personalizados para alumnos particulares para cada tema STEM de acuerdo con el plan de estudios. Se deben aplicar varias tecnologías inteligentes para implementar este enfoque, por ejemplo, ontologías, sistemas de recomendación, agentes inteligentes, modelos de toma de decisiones de criterios múltiples, métodos y herramientas. Para evaluar la calidad y la idoneidad de los componentes de aprendizaje (Cantú y Rojas, 2018, p.5). El modelo de Felder-Silverman denota cuatro áreas de la personalidad que contribuyen al aprendizaje. El modelo crea cuatro dimensiones de estilos de aprendizaje. Estas dimensiones se pueden ver como un continuo con una preferencia de aprendizaje en el extremo izquierdo y la otra en el extremo derecho. Son activos o reflexivos, sensibles o intuitivos, visuales o verbales y secuenciales y globales. Una combinación de estos estilos conforman las preferencias de aprendizaje de los individuos como se observa en la figura 9.
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Activos o reflexsivos Visuales o Verbales Modelo de Felder y Silverman Sensibles o Intuitivos
Secuencial o Globales
Figura 9. Dimensiones de estilos de aprendizaje. Adaptado de Cantú y Rojas (2018).
Los estudiantes captan y procesan la información de manera diferente: al ver y escuchar, reflexionar y actuar, razonar de manera lógica e intuitiva, analizar y visualizar, constantemente y en forma y comienza. Los métodos de enseñanza también varían. Algunos instructores dan conferencias, otros demuestran o llevan a los estudiantes al autodescubrimiento; algunos se centran en los principios y otros en las aplicaciones; algunos enfatizan la memoria y la comprensión de otros. De tal manera que para que el aprendizaje sea significativo debemos tomar en cuenta los estilos que en la siguiente tabla se caracteriza: Tabla 3. Estilos de aprendizaje Tipo Característica Activo Prefiere probar cosas, trabajar con otros en grupos Visual Prefiere representaciones visuales, imágenes, diagramas y diagramas de flujo. Global Prefiere el pensamiento holístico, pensadores de sistemas, aprende en grandes saltos Secuencial Prefiere el pensamiento lineal, ordenado, aprende en pequeños pasos incrementales
Implicaciones del pensamiento en el aprendizaje Hemisferios cerebrales El cerebro humano se divide en dos hemisferios y cada hemisferio procesa la información que recibe de distinta manera o, dicho de otro modo, hay distintas formas de pensamiento asociadas con cada hemisferio. El hemisferio derecho se encarga de dirigir la parte izquierda, por otro lado el hemisferio izquierdo dirige la parte derecha del cuerpo. Cada hemisferio presenta especializaciones que le permite hacerse cargo de tareas determinadas. El hemisferio izquierdo o lógico está más especializado en el manejo de los símbolos de cualquier tipo: lenguaje, álgebra, símbolos químicos, partituras musicales. Es más analítico y lineal, procede de forma lógica.
30 El hemisferio derecho u holístico es más efectivo en la percepción del espacio, es más global, sintético e intuitivo. Es imaginativo y emocional. Normalmente el derecho, procesa la información de manera global, partiendo del todo para entender las distintas partes que lo componen. El hemisferio holístico es intuitivo en vez de lógico, piensa en imágenes y sentimientos. Un hemisferio no es más importante que el otro: para poder realizar cualquier tarea necesitamos usar los dos hemisferios, especialmente si es una tarea complicada. Para poder aprender bien necesitamos usar los dos hemisferios, pero la mayoría de nosotros tendemos a usar uno más que el otro, o preferimos pensar de una manera o de otra (Carrascal, Jiménez, 2018). Mediante investigaciones y estudios a la parte cerebral, se ha podido demostrar que existe la división cerebral y que cada hemisferio es específico para un modo de pensamiento y de percepción, determinando que: El Hemisferio Izquierdo está encargado de la parte Verbal, la codificación y decodificación del habla, razonamiento matemático, notación musical, así mismo también la parte secuencial, temporal y digital, el desarrollo lógico y analítico, demuestra la parte racional el cual está interesado en partes componentes; detecta características, y por último el pensamiento occidental. El Hemisferio Derecho está relacionado a la parte no verbal, visión-espacial, musical, así también al simultáneo, espacial, analógico, sintético, relaciones de constructivas y busca pautas, muestra ser intuitivo, integra partes componentes y las organiza en un todo, con un pensamiento oriental como se muestra en la figura 10 (Muñoz, Gutiérrez y Rocío, 2012).
Figura 10. Hemisferios cerebrales. Adaptado de Cantú y Rojas (2018).
31
3.2.4
Pensamiento computacional La definición más apropiada es la que da Wing (2006) citado por Enriquez y Aguilar
(2016). “El pensamiento computacional consiste en la resolución de problemas, el diseño de los sistemas, y la comprensión de la conducta humana haciendo uso de los conceptos fundamentales de la informática” (p.23), es la principal promotora del pensamiento computacional. El pensamiento computacional es un estilo educativo cada vez más interesante, ya que en la actualidad se piensa que las contiguas generaciones necesitarán dominar esta habilidad desarrollar la creatividad y tener éxito en la vida laboral. Al mismo tiempo, la investigación indica que la motivación es un elemento clave que afecta la efectividad de los procesos educativos. En consecuencia Zúñiga, Hurtado, Collazos y Fardoun (2019), los educadores deben tener en cuenta este hecho al diseñar secuencias de enseñanza. En este documento, presentamos una instrucción basada en robótica para estudiantes de tercer año con el objetivo de introducir ideas de pensamiento computacional. Es la capacidad de descomponer un gran problema en subproblemas más pequeños y organizarlos en una secuencia apropiada. Es un procedimiento paso a paso que es la base de las hipótesis y los experimentos científicos, diagnósticos tales como evaluaciones médicas y problemas mecánicos, e incluso atar cordones. Este enfoque cognitivo y metódico de la resolución de problemas es la base del pensamiento algorítmico: defina los pasos para completar la tarea (Jang, Kim y Lee, 2018). En el mundo actual de alta tecnología y en constante cambio, está cada vez más claro que los estudiantes deben poder pensar críticamente y resolver problemas complejos y mal definidos para poder prosperar verdaderamente en el entorno donde se espera que algún día vivan y trabajen. Pero aunque pocos argumentarían la utilidad de enseñar el pensamiento crítico y las habilidades de resolución de problemas en las escuelas, hay menos consenso sobre cómo hacerlo, cuándo comenzar o qué términos usar al enseñar estas importantes competencias (Zhang, Chen y Wang, 2019). Un enfoque para enseñar estas habilidades es enseñar el pensamiento computacional, particularmente útil para la era de la computadora, ya que no solo enseña el pensamiento crítico, creativo sino que también se enfoca en ayudar a los estudiantes a desarrollar y emplear estrategias para comprender y resolver problemas de manera que aprovechen el
32 poder de los métodos tecnológicos para desarrollar y probar soluciones. El pensamiento computacional es lo cotidiano de los científicos informáticos, pero también es ampliamente aplicable para resolver muchos otros problemas académicos y no académicos (Zúñiga Muñoz, Hurtado, Collazos y Fardoun 2019). El pensamiento computacional es esencialmente un marco para describir un conjunto de habilidades de pensamiento crítico, y resolución de problemas, y ha ganado una tracción significativa como una forma viable y útil de pensar acerca de cómo enseñar estas habilidades en entornos educativos formales. Si bien el pensamiento computacional no es la única forma de abordar estas habilidades, proporciona una manera de ver los problemas para producir una solución automatizada o semiautomatizada que aproveche las ventajas únicas de las tecnologías informáticas. También puede ser beneficioso al proporcionar un vocabulario común, una gran cantidad de recursos y una comunidad vibrante de práctica para los maestros que buscan concentrarse, coordinar y mejorar los esfuerzos para guiar a las generaciones futuras a desarrollar habilidades para resolver problemas a tempranas edades (Salahli, Gasimzadeh, Alasgarova y Guliyev, 2019). Dimensiones del pensamiento computacional El pensamiento computacional ha recibido una atención considerable en los últimos años, pero hay muchas perspectivas sobre lo que implica el pensamiento computacional. Interesan las formas en que las actividades de aprendizaje basadas en el diseño, en particular la programación de medios interactivos, apoyan el desarrollo del pensamiento computacional en los jóvenes como se muestra en la figura 11 sus tres dimensiones.
CONCEPTOS PRÁCTICAS PERSPECTIVAS
Figura 11. Dimensiones del pensamiento computacional.
33 Se puede observar las tres dimensiones que desarrolla el pensamiento computacional como son los conceptos utilizados por los programadores y las prácticas de resolución de problemas que surgen durante las tareas de programación seguido de las perspectivas sobre sus conocimientos mismos y el mundo tecnológico que los rodea. El pensamiento computacional es una tendencia educativa a tempranas edades es cada vez más interesante, ya que actualmente se piensa que la próxima generación necesitará dominar esta habilidad para tener éxito en la vida moderna. Es importante desarrollar el pensamiento computacional Una vez se pensó que la codificación era una habilidad misteriosa y oscura restringida a unos pocos autores intelectuales. Pero a la luz de las demandas STEM del futuro mundo laboral, ahora se considera la "nueva alfabetización". Aprender a codificar prepara a los estudiantes para los desafíos de las carreras del mañana. Las computadoras no solo son una parte integral de la vida diaria como se muestra en la figura 12, sino que aprender a interactuar con ellas y controlarlas es un poderoso apalancamiento que podemos ofrecer a nuestros jóvenes (Hsiao, Yu, Chang., Chien, Lin, Lin y Lin, 2018).
Figura 12. Pensamiento computacional y las Tic. Adaptado de 123RF 2017.
Además, la programación enseña habilidades que se aplican a todos los trabajos: pensamiento lógico o computacional, flexibilidad, persistencia, resolución de problemas, confianza, creatividad y colaboración. Lo mejor de todo, es desafiante y es divertido.
34
Ejes principales Antes de que las computadoras puedan usarse para resolver un problema, se debe entender el problema en sí mismo y las formas en que podría resolver. Las técnicas de pensamiento computacional ayudan con estas tareas sean más fáciles de asimilar como se muestra en la figura 13.
Descomposición de problemas:
• Dividir un problema en problemas más
pequeños y manejables. • Reconocer patrones en los problemas
Reconocimiento de patrones:
Realización de abstracciones:
Diseño de algoritmos:
más sencillos para tratar de resolverlos de forma similar a otros resueltos anteriormente. • Abstraer la información para omitir la
que es irrelevante a fin de resolver el problema.
• Diseñar pasos que permitirán resolver el
problema.
Figura 13. Ejes Principales del pensamiento computacional.
Características El pensamiento computacional como concepto puede sonar intimidante. Pero todos los días, en todos los aspectos de nuestras vidas, realizamos el pensamiento computacional. Piensa en las siguientes acciones y decisiones que las involucran:
Quieres hacerte una taza de té o café.
Quieres comprar un coche.
Quieres cambiar de carrera.
Quieres mudarte a otra ciudad.
35
Quieres comprar una casa.
Quieres escribir un libro.
Quieres crear una aplicación.
El proceso de planificación y logro de estos objetivos implica algún tipo de pensamiento computacional. La planificación implica desglosar estos problemas en partes manejables y crear conjuntos de soluciones que nos permitan alcanzar el objetivo que tenemos en mente. El (PC) es un permite desarrollar las siguientes características como se observa en la tabla 4: Tabla 4. Características del pensamiento computacional (PC) Característica Formular problemas Lógicamente organizando y analizando datos Representación de datos Soluciones automatizadas Identificar, analizar e implementar
Generalizar y transferir
Explicación Una manera que nos permita usar una computadora y otras herramientas para ayudar a resolverlos. Un análisis amplio y creativo para dar una respuesta mediante el razonamiento lógico. A través de abstracciones como modelos y simulaciones. A través del pensamiento algorítmico (una serie de pasos ordenados) Posibles soluciones con el objetivo de lograr la combinación más eficiente y efectiva de pasos y recursos. Este proceso de resolución de problemas a una amplia variedad de soluciones.
Estas habilidades están respaldadas y mejoradas por una serie de disposiciones o actitudes que son dimensiones esenciales de la PC. Estas disposiciones o actitudes incluyen cinco aspectos que se muestran en la figura 14.
36
Confianza •En el tratamiento de la complejidad.
Persistencia En trabajar con problemas difíciles.
Capacidad De comunicarse y trabajar con otros para lograr un objetivo o solución común
Tolerancia • Para la ambigüedad
Habilidad •De lidiar con problemas abiertos
Figura 14. Habilidades desarrolladas en el PC.
El pensamiento computacional permite desarrollar habilidades que los seres humanos pueden aplicar en la resolución de problemas mediante la estructuración algorítmica en el pensamiento dando como resultado la capacidad de solucionar de forma divergente los problemas planteados de tal manera los estudiantes gestionan las habilidades, capacidades, confianza y el trabajo en equipo, el pensamiento computacional va más allá de pensar como una computadora es utilizar la imaginación fomentando la actividad creativa humana. En el salón de clase, el pensamiento computacional está directamente relacionado con el aprendizaje basado en problemas, ya que el mismo fomenta que el aprendizaje sea llevado a la práctica y vaya más allá de simples conceptos.
3.3 Predicción científica En la búsqueda de referentes teóricos sobre la importancia de la gamificación y el uso del lenguaje de programación Arduino como estrategia didáctica para desarrollar el pensamiento computacional, en los años 2018 y 2019 los autores que realizaron y enfatizaron sus investigaciones sobre el desarrollo del pensamiento computacional mediante el uso de las TICs y la programación en Arduino son: Novak, Kalova, Pech, Foulis, Papadopoulou ,Jang y Zhang, Chen, Wang, Zúñiga, Hurtado, Collazos y Fardoun.
37 Sin embargo, cabe recalcar que para el desarrollo de la presente investigación los padres son parte fundamental en los procesos innovadores, que el docente propone y aplica permitiendo que sus hijos salgan de ser un ente pasivo a ser actores activos mediante la autoeducación (búsqueda crítica de contenidos - creatividad) y la investigación, permitiendo construir el conocimiento, así el docente se convierte en el guía o facilitador del proceso de enseñanza-aprendizaje. La gamificación y el uso del lenguaje de programación arduino como estrategia didáctica, fortalecerá el desarrollo del pensamiento computacional en los estudiantes de tercero de bachillerato especialidad Aplicaciones Informáticas de la unidad educativa Fe y Alegría que permitirá proponer políticas institucionales sobre el uso de recursos digitales para interactuar y articular las materias del tronco común desde los octavos de básica hasta los terceros de bachillerato, haciendo énfasis en la utilización del lenguaje de programación Arduino y la Gamificación en el aula.
38
4
METODOLOGÍA DE LA INVESTIGACIÓN
En la figura 15 se detalla la metodología sobre la cual se va a sustentar la presente investigación. Metodología
Enfoque
Tipo de investiga ción
Cuantitativ o
Descriptiva
Diseño Cuasi experiment al
Explicativ a
Población y Muestra
Población: Unidad Educativa "Fe y Alegría" Estudiantes:700 de colegio Muestra: 110 Estudiantes de tercero bachillerato Especialidad Aplicaciones Informáticas
Instrument o de recogida de datos
Técnica de análisis de datos
Paquete SPSS/Excel Encuesta Interpretativo triangular
Figura 15. Metodología.
4.1 Enfoque, diseño y tipo de investigación 4.1.1
Enfoque Esta investigación asume un enfoque cuantitativo, según Hernández, Fernández y
Baptista (2014) el objetivo de este tipo de investigación es explicar, predecir y controlar los fenómenos (p.7), el mismo que nos permitirá recolectar datos con la utilización de variables, para comprobar una hipótesis de un problema que se está presentando con los estudiantes de tercer año de bachillerato de la especialización de Aplicaciones Informáticas, ya que no aplican el pensamiento computacional en la resolución de problemas. El paradigma positivista se apoya en la estadística, que es una manera de cuantificar, verificar y medir toda la información adquirida. La investigación positivista tiene un enfoque metodológico predominantemente cuantitativo.
39 4.1.2
Diseño El diseño de la investigación va a ser de tipo cuasi-experimental, ya que se va a aplicar
un pretest, propuesta de intervención y un postest. De acuerdo Hernández, Fernández y Baptista (2014) los diseños cuasi-experimentales se manipulan al menos una variable independiente para poder observar sus efectos en las variables dependientes, pero a diferencias de un experimento puro, en este tipo de diseño “los sujetos no se asignan al azar a los grupos ni se emparejan, sino que dichos grupos ya están conformados antes del experimento: son grupos intactos (… la manera como se integraron es independiente o aparte del experimento)” (p.184). De acuerdo al diseño seleccionado, en el pretest se va a realizar un diagnóstico a través de una encuesta, así determinar las dificultades que tienen los estudiantes de tercer año de bachillerato en la especialidad de Aplicaciones Informáticas de la Unidad Educativa Fe y Alegría, además se va a aplicar un plan de intervención, mediante recursos didácticos digitales que permitan fortalecer el pensamiento computacional. Por consiguiente, en el postest será valorado de acuerdo a los resultados previamente obtenidos para determinar el alcance de la investigación y la validez de la hipótesis de estudio, de este modo, establecer las respectivas conclusiones y recomendaciones subyacentes. La dificultades que se presentaron durante el proceso fueron de tiempo mismo que no permitieron aplicar la propuesta de intervención y el pretest como sugieren Hernández, Fernández y Baptista (2014) en el diseño cuasi-experimental que se menciona en el apartado del capítulo 4. 4.1.3
Tipo de investigación El tipo de investigación que se asume es exploratorio-explicativo, pues en primera
instancia se realiza un búsqueda exhaustiva en base de datos científicas de alto impacto para explorar conceptos sobre la temática abordada, posteriormente se desarrollará un diseño de investigación explicativa que encierra acciones descriptivas y correlacionales. Buscando especificar las propiedades, las características y los perfiles de personas, grupos, comunidades, procesos, objetos o cualquier otro fenómeno que se someta a un análisis, junto a la correlación de las variables de estudio (Hernández, Fernández y Baptista, 2014, p.131).
40
4.2 Población y muestra Según Hernández, Fernández y Baptista (2014) la población es un: “Conjunto de todos los casos que concuerdan con determinadas especificaciones” (p.174), mientras que la muestra es un: “Subgrupo del universo o población del cual se recolectan los datos y que debe ser representativo de ésta” (p.173). Para la presente investigación la población los estudiantes de colegio, de la Unidad Educativa Fe y Alegría ubicada en la provincia de Santo Domingo de los Tsáchilas. Se ha determinado una muestra no probabilísticas estratificada de estudio en los estudiantes de tercero de bachillerato especialidad Aplicaciones Informáticas como se muestra en la Tabla 5. Tabla 5 . Población y muestra POBLACIÓN 700 estudiantes de colegio
MUESTRA 110 estudiantes de 3ro de bachillerato aplicaciones informáticas
4.3 Operacionalización de las variables En la tabla 6 se puede observar la operacionalización de la variable dependiente con sus cuatro dimensiones y reactivos. Tabla 6. Operacionalización de las variables VARIABLE
DIMENSIONES
REACTIVOS/ÍTEMS
Conocimiento de arduino, robótica
¿Conoce que es Arduino? (si-no) Si la respuesta anterior es positiva, continúe con las demás interrogantes: ¿Ha programado alguna vez en Arduino? (nunca, alguna vez, varias veces) ¿La estructura de programación es igual a la del leguaje? C++ (si-no) ¿Conoce la estructura básica de programación en Arduino? (si-no)
Arduino aplicado a la educación
41 Continúa tabla 6.
Proceso de enseñanzaaprendizaje
Estrategias didácticas y recursos innovadores
Razonamiento abstracto
¿Le gusta programar dentro de las horas de clase? (siempre, casi siempre, nunca) ¿Le gusta crear productos derivados de la electrónica y robótica? (siempre, casi siempre, nunca) ¿Considera que el docente tiene los conocimientos necesarios sobre robótica y Arduino? (si-no) ¿Cree que el docente utiliza estrategias y recursos innovadores? (siempre, casi siempre, nunca)
Resuelva el siguiente ejercicio.
Pensamiento computacional
¿Sabe manejar una bicicleta? (si-no) ¿Sigue una rutina establecida antes del ir al colegio? (siempre, casi siempre, nunca) ¿Es fácil para usted la resolución de problemas algebraicos? (siempre, casi siempre, nunca)
4.4 Técnicas e instrumentos de recogida de datos Según Canales (2012) “La "técnica" se entiende como el conjunto de reglas y procedimientos que le permiten al investigador establecer la relación con el objeto o sujeto de la investigación. El "instrumento" es el mecanismo que utiliza el investigador para recolectar y registrar la información” (p.125). De esta forma a continuación se plantean las diferentes técnicas que se emplearán en la recolección de los datos, tanto para el enfoque cuantitativo como cualitativo.
Encuesta / cuestionario
Para Canales (2012) la encuesta “Consiste en obtener información de los sujetos de estudio, proporcionados por ellos mismos, sobre opiniones, conocimientos, actitudes o sugerencias” (p.232). Mientras que para Hernández, Fernández y Baptista (2014) el cuestionario es: “tal vez el instrumento más utilizado para recolectar los datos es e l
42 cuestionario. Un cuestionario consiste en un conjunto de preguntas respecto de una o más variables a medir” (p.217). Este instrumento se empleará en el enfoque cuantitativo, con el objetivo de conocer el nivel de desarrollo de pensamiento computacional en los estudiantes de tercero de bachillerato
4.5 Técnicas de análisis de datos La técnica que se utilizó para el análisis de datos es la estadística descriptiva para las variables la cual está contemplada en el enfoque cuantitativo. Según Hernández, Fernández y Baptista (2014), el enfoque cualitativo, al igual que para el cuantitativo, la recolección de datos resulta fundamental, solamente que su propósito no es medir variables para llevar a cabo inferencias y análisis estadístico. Lo que se busca en un estudio cualitativo es obtener datos (que se convertirán en información) de personas, seres vivos, comunidades, situaciones o procesos en profundidad (p. 396). Según mencionados autores, en este sentido el análisis de los resultados obtenidos en la recolección de datos, tanto para el enfoque cuantitativo como cualitativo se lo realizará mediante el paquete estadístico SPSS V 20.0 (SPSS Statistics v.20.0, SPSSInc., Chicago, II, USA). El cuál nos permitirá presentar la información de forma estructurada y de fácil comprensión, para de esta manera realizar la interpretación de los resultados de forma más eficiente y acertada.
43
5
RESULTADOS
A continuación se presentan los resultados de la encuesta realizada, misma que permite diagnosticar el nivel pensamiento computacional de los estudiantes del tercero de bachillerato de la Unidad Educativa Fe y Alegría, en el análisis descriptivo se puede observar la muestra a la que está dirigida esta investigación, también tenemos el análisis correlacional cuyos resultados nos permitió el diseño de la guía metodológica MIPADE y por ultimo tenemos la propuesta de intervención misma que aportará con su contenido y estrategias metodológicas al desarrollo del pensamiento computacional de los estudiantes.
5.1 Análisis descriptivo Objetivo específico 2: Diagnosticar el nivel de pensamiento computacional de los estudiantes de tercero de bachillerato. Posterior a la aplicación del instrumento se describe en la Tabla 7. La población, generando un total de 110 estudiantes de tercer año de bachillerato de la Unidad Educativa Fe y Alegría. Los estudiantes de género masculino representan el 61.8% mientras que el femenino un 38.2%. A su vez, la edad oscila entre 16 (44.5%) y 17 años y más (55.5%). Tabla 7 . Descripción de la muestra
Edad
Género
16 años 17 a mas Total Femenino Masculino Total
f 49 61 110 42 68 110
% 44,5 55,5 100,0 38,2 61,8 100,0
44
5.2 Análisis correlacional Objetivo específico 2: Diagnosticar el nivel de pensamiento computacional de los estudiantes de tercero de bachillerato. De acuerdo a los resultados de la Tabla 8 se puede notar que los estudiantes de 16 años de edad (29.09%) “casi siempre” reconocen el tipo de variable a utilizar para programar, en la misma situación se encuentra los estudiantes de 17 años de edad (30.91%).
Tabla 8 . Reconocimiento del tipo de variable al programar / edad. Escala
16 años Edad 17 a mas
Total
f % dentro de Edad % del total f % dentro de Edad % del total f % dentro de Edad % del total
Nunca 2 4,08 1,82 2 3,28 1,82 4 3,64 3,64
Total Casi siempre 32 65,31 29,09 34 55,74 30,91 66 60,00 60,00
Siempre 15 30,61 13,64 25 40,98 22,73 40 36,36 36,36
49 100,00 44,55 61 100,00 55,45 110 100,00 100,00
Tal como se muestra los resultados de la Tabla 9 tal como se puede observar los estudiantes de género masculino (59.09%) “si” manejan una bicicleta, en la misma situación se encuentra las estudiantes de género femenino (34.55%). Pregunta que permite analizar las estructuras logarítmicas que los estudiantes tienen desarrolladas en su pensamiento. Tabla 9 Manejar una bicicleta / género
Femenino Género Masculino
Total
f % dentro de Género % del total f % dentro de Género % del total f % dentro de Género % del total
Escala No 4 9,52 3,64 3 4,41 2,73 7 6,36 6,36
Total Si 38 90,48 34,55 65 95,59 59,09 103 93,64 93,64
42 100,00 38,18 68 100,00 61,82 110 100,00 100,00
45 En la Tabla 10 como se puede distinguir el grupo de estudiantes que pertenecen al género masculino (39,09%) “casi siempre” consideran reducir la mayor cantidad de pasos posibles para elaborar un algoritmo, sin embargo el género femenino (18,18%) mencionan lo contrario. Tabla 10 . Reducción del proceso algorítmico / género Escala Nunca 10 23,81% 9,09% 1 1,47% 0,91% 11 10,00% 10,00%
f % dentro de Género % del total f Masculino % dentro de Género % del total f % dentro de Género % del total Femenino
Género
Total
Total Casi siempre 20 47,62% 18,18% 43 63,24% 39,09% 63 57,27% 57,27%
Siempre 12 28,57% 10,91% 24 35,29% 21,82% 36 32,73% 32,73%
42 100,00% 38,18% 68 100,00% 61,82% 110 100,00% 100,00%
Como se puede observar claramente en la Tabla 11 los estudiantes de 17 años de edad (32.73%) “casi siempre”, utilizan los conectores lógicos para la toma de decisiones, en la misma situación se encuentran los estudiantes de 16 años (30.00%). Tabla 11 . Conectores lógicos y su influencia en la toma de decisiones / edad. Escala
16 años Edad 17 a mas
Total
Total
Nunca
Casi siempre
Siempre
f
4
33
12
49
% dentro de Edad % del total f % dentro de Edad % del total
8,16% 3,64% 4 6,56% 3,64%
24,49% 10,91% 21 34,43% 19,09%
100,00% 44,55% 61 100,00% 55,45%
f
8
67,35% 30,00% 36 59,02% 32,73% 69
33
110
% dentro de Edad % del total
7,27% 7,27%
62,73% 62,73%
30,00% 30,00%
100,00% 100,00%
En la Tabla 12, se observa como los estudiantes de 17 años de edad (30.00%) tienen un gusto por la robótica y la electrónica de igual manera los estudiantes de 16 años de edad (20.91%).
46 Tabla 12 . Gusto de la Robótica y electrónica en el aprendizaje/ edad.
16 años Edad 17 a más
Total
f % dentro de Edad % del total f % dentro de Edad % del total f % dentro de Edad % del total
Nunca 4 8,16% 3,64% 4 6,56% 3,64% 8 7,27% 7,27%
Escala Casi siempre 22 44,90% 20,00% 24 39,34% 21,82% 46 41,82% 41,82%
Total Siempre 23 46,94% 20,91% 33 54,10% 30,00% 56 50,91% 50,91%
49 100,00% 44,55% 61 100,00% 55,45% 110 100,00% 100,00%
Conforme a la Tabla 13, con referencia a los conocimientos del docente sobre electrónica y robótica se puede precisar que los estudiantes de 17 años de edad (49.91%) “si”, demuestra el docente conocimientos en mencionadas asignaturas de igual manera los estudiantes de 16 años de edad (40.1%). Esto revela que el nivel de conocimiento del docente es aceptable y es una fortaleza en el proceso enseñanza aprendizaje.
Tabla 13 . Docente y conocimientos sobre electrónica y robótica / edad Escala No f 4 16 años % dentro de Edad 8,16% % del total 3,64% Edad f 7 17 a mas % dentro de Edad 11,48% % del total 6,4% f 11 Total % dentro de Edad 10,00% % del total 10,00%
Total Si 45 91,84% 40,91% 54 88,52% 49,1% 99 90,00% 90,00%
49 100,00% 44,55% 61 100,00% 55,5% 110 100,00% 100,00%
Como se observa en la Tabla 14, en el cuadro estadístico los estudiantes de 17 años de edad (39.09%) “siempre”, menciona que el docente siempre utiliza metodologías y estrategias innovadoras en el proceso de enseñanza aprendizaje, por otra parte los estudiantes de 16 años de edad (23.64%) también coinciden que el docente es innovador.
47 Tabla 14 . Docente innovador / edad Escala
f % dentro de Edad % del total f 17 a mas % dentro de Edad % del total f % dentro de Edad % del total
16 años Edad
Total
Nunca 2 4,08% 1,82% 0 0,00% 0,00% 2 1,82% 1,82%
Total Casi siempre 21 42,86% 19,09% 18 29,51% 16,36% 39 35,45% 35,45%
Siempre 26 53,06% 23,64% 43 70,49% 39,09% 69 62,73% 62,73%
49 100,00% 44,55% 61 100,00% 55,45% 110 100,00% 100,00%
Tal como se puede observar en la Tabla 15, en el cuadro estadístico los estudiantes de 16 años de edad (37.27%) “no”, tienen conocimientos sobre el lenguaje y productos de Arduino, en la misma situación están los estudiantes de 17 años de edad (33.64%). Tabla 15 . Conocimientos sobre arduino / edad
16 años Edad 17 a mas
Total
f % dentro de Edad % del total f % dentro de Edad % del total f % dentro de Edad % del total
Escala No 41 83,67% 37,27% 37 60,66% 33,64% 78 70,91% 70,91%
Total Si 8 16,33% 7,27% 24 39,34% 21,82% 32 29,09% 29,09%
49 100,00% 44,55% 61 100,00% 55,45% 110 100,00% 100,00%
Mediante el análisis correlacional se puede determinar que las preguntas planteadas a los estudiantes permitieron medir el nivel de pensamiento computacional que tienen para solucionar problemas y algoritmos innatos como se observa en las preguntas “reducción del proceso algorítmico / género y conectores lógicos y su influencia en la toma de decisiones / edad.”, mismas que se relacionan con la pregunta “sabe conducir una bicicleta” demostrando que los estudiantes tienen desde niños algoritmos y secuencia de pasos para realizar una actividad.
48
5.3 Propuesta de intervención En este apartado se detalla algunos recursos, herramientas y estrategias digitales como alternativa para el desarrollo del pensamiento computacional. Objetivo específico 3: Diseñar una guía didáctica basada en el lenguaje de programación que contribuya al desarrollo del pensamiento computacional en los estudiantes de tercero de bachillerato 5.3.1
Introducción La presente investigación MIPADE (Metodología Innovadora de Práctica y
Aprendizaje Digital y Electrónico) plantea una estrategia metodológica basada en el uso del lenguaje de programación C# y Arduino, como una alternativa para el desarrollo del pensamiento computacional, partiendo del análisis de la realidad de la Unidad Educativa Fe y Alegría. Los resultados obtenidos en la encuesta indican que si es posible la implementación de nuevos recursos, herramientas y estrategias digitales y electrónicas, a continuación se detallan los procesos de aplicación de los lenguajes de programación en la planificación curricular PCA en las asignaturas de Diseño y Realización de Servicios de Presentación en Entornos Gráficos y Desarrollo de Aplicaciones en Entornos de Cuarta Generación y con herramientas CASE que contienen un conjunto de actividades que orientan al docente en el proceso enseñanza-aprendizaje. 5.3.2
Planificación curricular PCA (Planificación Curricular Anual) A continuación se presenta los documentos legales de planificación anual para el
desarrollo de los contenidos y logro de las competencias plateadas en el mismo.
49 PCA de la asignatura Diseño y Aplicación en Entornos Gráficos NOMBRE DE LA INSTITUCIÓN
AÑO LECTIVO
Unidad Educativa “ Fe y Alegría”
2019 - 2020
PLAN CURRICULAR ANUAL 1. DATOS INFORMATIVOS Área: INFORMÁTICA
Docente(s): Grado/curso: 2. TIEMPO Carga horaria semanal 8 PERIODOS
Asignatura:
ING. JACQUELINE LARCOS TERCEROS
No. Semanas de trabajo 40 SEMANAS.
Nivel Educativo:
DISEÑO Y REALIZACIÓN DE SERVICIOS DE PRESENTACIÓN EN ENTORNOS GRÁFICOS
BACHILLERATO TÉCNICO
Evaluación del aprendizaje e imprevistos
Total, de semanas clases
Total, de periodos
4 SEMANAS
36 SEMANAS
288
3. OBJETIVOS GENERALES Objetivos del área
Objetivos del grado/curso
Utilizar sistemas informáticos aislados o interconectados en red. Realizar el análisis y diseño detallado de aplicaciones informáticas de gestión. Utilizar sistemas informáticos aislados o interconectados en red. Elaborar, adaptar y probar programas en lenguajes de programación estructurados y de cuarta generación. Diseñar y realizar servicios de presentación que faciliten la explotación de datos y aplicaciones.
Diseñar y realizar servicios de presentación que faciliten la explotación de datos y aplicaciones Repasar y profundizar en los contenidos básicos de la programación orientada a objetos. Adquirir destrezas básicas en el manejo de este lenguaje. Profundizar en las técnicas avanzadas comunes a los entornos gráficos de las unidades anteriores. Introducir los elementos básicos que pueden formar un sistema multimedia. Conocer las características más comunes de los elementos que constituyen un sistema de audio. Conocer las características más comunes de los elementos que constituyen un sistema con elementos gráficos e imágenes.
50 Adquirir el concepto de hipertexto. Aprender el manejo de un sistema autor. Profundizar en la interfaz gráfica estándar. Realizar el diseño de interfaces gráficas de usuario. Realizar el control de calidad de los servicios de presentación implementados. Realizar un proyecto mediante la elección de una determinada herramienta de desarrollo. Aplicar y reflexionar la solidaridad, responsabilidad, Integridad, honradez y ética, profundo sentido de equidad, justicia y respeto por la dignidad y los derechos de las personas, para garantizar el éxito en el desarrollo de un sistema informático.
4. EJES TRANSVERSALES:
DESARROLLO DE UNIDADES DE PLANIFICACIÓN N.º Título de la Objetivos específicos unidad 1
Programación orientada a objetos en C# y Windows, en Visual Basic
- Repasar y profundizar en los contenidos básicos de la programación orientada a objetos. - Adquirir destrezas básicas en el manejo de este lenguaje
Contenidos
Orientaciones metodológicas
Evaluación
- Aplicar correctamente los prefijos de identificadores, identificaciones y la jerarquía de clases de ObjectWindows. - Transformar un esquema de programación secuencial en uno de programación orientada a sucesos. - Realizar una plantilla para implementar una aplicación conforme a las especificaciones Windows. - Manejar objetos almacenados para emplear características gráficas. - Manejar y controlar los eventos más usuales en una ventana. - Utilizar ventanas especializadas (controles) asociándolas a su clase y fichero cabecera correspondiente, - Integrar las funciones y objetos más usuales para la realización de una aplicación elemental. - Utilizar contextos de dispositivos aplicando las funciones, objetos y
CORDIS contextualización (co) revalorización de saberes y experiencias (r) diálogo de saberes (d) innovación transformadora (i) socialización y sistematización (s) INTELIGENCIAS MÚLTIPLES LINGÜÍSTICA CORPORAL LÓGICO MATEMÁTICA INTRAPERSONAL INTERPERSONAL O SOCIAL NATURALISTA MUSICAL ESPACIAL SOLUCIÓN DE PROBLEMAS
Utiliza los conceptos básicos de programación orientada a objetos para desarrollar programas en lenguaje C# Indicador de Evaluación. - Se han seleccionado las estructuras más adecuadas para la realización de una secuencia de presentación predeterminada. - Se ha justificado la elección de determinados objetos ante el conjunto de posibilidades que ofrece la interfaz de trabajo. - Se han valorado las dificultades que conlleva la elección de unos objetos y estructuras para la resolución de un problema. - Se ha discernido si es
Duración en semanas 8 semanas
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2
Técnicas profesionales avanzadas, Introducción a los sistemas multimedia PC
- Profundizar en las técnicas avanzadas comunes a los entornos gráficos de las Unidades anteriores - Introducir los elementos básicos que pueden formar un sistema multimedia.
clases de GDI de Object Windows y/o de Windows. - Aplicar las funciones que permitan la realización de operaciones básicas en el manejo de archivos de datos. - Realizar un esquema estructural para la formación de un proyecto. - Manejar las herramientas gráficas verificando la repercusión de la aplicación de sus propiedades asociadas. - Manejar y controlar los eventos más usuales de una ventana y su encadenamiento. - Aplicar las funciones que permitan la realización de operaciones básicas en el manejo de archivo de datos. - Componer estructuras que permitan la aplicación y control de los eventos, objetos, funciones, archivos y procesos más comunes necesarios para la creación de interfaces gráficas de usuario en el entorno objeto de esta Unidad de Trabajo.
Enunciación del problema. Identificación del problema. Formulación de alternativas de solución. Resolución. Verificación de soluciones. DEDUCTIVO Enunciación Comprobación Aplicación. MÉTODO DE OBSERVACIÓN Percepción. Análisis. Interpretación. Comparación. Conclusión
- Resolver problemas que requieran necesariamente el uso de medios complejos. - Manejar e interpretar manuales y material bibliográfico. - Integrar correctamente objetos, funciones y librerías pertenecientes a interfaces gráficas compatibles. - Realizar intercambios de datos en modo automático mediante la
CORDIS contextualización (co) revalorización de saberes y experiencias (r) diálogo de saberes (d) innovación transformadora (i) socialización y sistematización (s) INTELIGENCIAS
conveniente la estructuración de los datos mediante listas. - Se ha realizado una presentación que ha permitido el tratamiento y manejo de ficheros de datos mediante una interfaz agradable de usuarios. - Se ha elaborado, a partir de un conjunto de especificaciones y/o restricciones una presentación sencilla. - Se han realizado presentaciones sencillas orienta- das a un tema específico: gestión, juegos, etc. - Se ha resuelto, a partir de los conocimientos adquiridos, una variación desconocida mediante consulta a sistemas de ayuda, manuales y/o bibliografía relacionada. Diseña mini programas utilizando las herramientas y funciones Inserta Imágenes y audio en las aplicaciones Indicadores de Evaluación. - Se ha justificado la influencia del uso de algunas funciones y librerías en la asignación
6 semanas
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3
El sonido, las imágenes, hipertexto
Conocer las características más comunes de los elementos que
comunicación de aplicaciones. - Identificar las características mínimas de un sistema multimedia. - Identificar los elementos multimedia que incorpora Windows. - Manejar e interpretar bibliografía y artículos incluidos en revistas especializadas. - Manejar e interpretar los manuales de los distintos elementos multimedia. - Identificar y expresar las ventajas e inconvenientes de las principales utilidades de los sistemas multimedia frente a los sistemas tradicionales.
MÚLTIPLES LINGÜÍSTICA CORPORAL LÓGICO MATEMÁTICA INTRAPERSONAL INTERPERSONAL O SOCIAL NATURALISTA MUSICAL ESPACIAL PROYECTO DE COMPRENSIÓN SOLUCIÓN DE PROBLEMAS Enunciación del problema. Identificación del problema. Formulación de alternativas de solución. Resolución. Verificación de soluciones. DEDUCTIVO Enunciación Comprobación Aplicación. MÉTODO DE OBSERVACIÓN Percepción. Análisis. Interpretación. Comparación. Conclusión
y/o liberación de memoria. - Proponer un esquema de comunicación entre varias aplicaciones, a partir de unas ciertas especificaciones. - Comprobar la existencia o no de una función API conociendo la tarea que debe realizar consultando la bibliografía necesaria. - Evaluar el rendimiento de una aplicación reseñando sus posibles mejoras mediante el uso de algunas de estas técnicas avanzadas. - Se ha comprobado, a partir de unos datos y/o características, de si un componente multimedia cumple el estándar MPC - Redactar un informe justificando la necesidad de elementos multimedia que se derivan de ellas, a partir de unas especificaciones. - Se han seleccionado novedades multimedia de interés mediante consultas a revistas, informes y/o libros.
- Identificar las características y terminología más comunes de los elementos que constituyen un
CORDIS contextualización (co) revalorización de saberes y
Diseñar un formulario contenedor o padre con menús que conecten a distintos formularios hijos
6 semanas
53 constituyen un sistema de audio. Conocer las características más comunes de los elementos que constituyen un sistema con elementos gráficos e imágenes. -Adquirir el concepto de hipertexto.
sistema de sonido. - Manejar bibliografía y documentas especializados. - Interconectar tarjetas de sonido y CD-ROM. - Integrar sonido en ejemplos y aplicaciones ya desarrollados. - Aplicar el tratamiento adecuado de los archivos de audio convirtiéndolos al formato más idóneo y eliminando los factores no deseados (ruido, silencio, etc.). - Reconocer las características y terminología más comunes de los elementos y dispositivos gráficos. - Manejar bibliografía y documentos especializados. - Integrar imágenes en ejemplos y aplicaciones ya desarrollados. - Utilizar correctamente el software en la digitalización de imágenes. - Listar los parámetros necesarios para la realización de gráficos tridimensionales. - Explicar la secuencia de etapas necesarias para conseguir una animación sencilla. - Aplicar el tratamiento adecuado a los archivos de imágenes realizando su conversión al formato necesario y eliminando los factores no deseados. - Identificar un sistema hipermedia. - Describir los parámetros fundamentales que son necesarios para el abordaje de la construcción de un sistema hipertexto. - Analizar una implementación de un
experiencias (r) diálogo de saberes (d) innovación transformadora (i) socialización y sistematización (s) INTELIGENCIAS MÚLTIPLES LINGÜÍSTICA CORPORAL LÓGICO MATEMÁTICA INTRAPERSONAL INTERPERSONAL O SOCIAL NATURALISTA MUSICAL ESPACIAL RUTINAS DEL PENSAMIENTO EL PUENTE SOLÍA PENSAR AHORA PIENSO SOLUCIÓN DE PROBLEMAS Enunciación del problema. Identificación del problema. Formulación de alternativas de solución. Resolución. Verificación de soluciones. DEDUCTIVO Enunciación Comprobación Aplicación. MÉTODO DE
Indicadores de Evaluación. - Se han identificado los formatos de los archivos de imágenes. - Se han presentado informes y trabajos realizados. - Evaluación de las prestaciones del software disponible para el tratamiento de imágenes. - Se ha deducido los criterios de selección de utilidades software para la integración de imágenes en aplicaciones multimedia. - Se ha planteado un esquema de interacción con las Unidades de Trabajo anteriores. - Se ha determinado la complejidad de un hipertexto en función del área de desarrollo al que se orienta. - Se ha evaluado la funcionalidad de un sistema de hipertexto comercializado.
54 sistema hipertexto.
4
Robótica – electrónica y control Sistemas electrónicos, analógicos y digitales.
Comprender el funcionamiento de diversos circuitos eléctricos
-Analizar y diseñar circuitos eléctricos en continua. -Clasifica los elementos básicos de un circuito eléctrico en continua: generadores, resistencias, conmutadores, bombillas. -Interpreta el significado y calcula las magnitudes que explican el funcionamiento de dichos circuitos: tensión, intensidad, resistencia eléctrica, potencia y energía. -Distingue el significado del circuito abierto y del cortocircuito. -Utiliza otros elementos sencillos como motores o zumbadores.
OBSERVACIÓN Percepción. Análisis. Interpretación. Comparación. Conclusión CORDIS contextualización (co) revalorización de saberes y experiencias (r) diálogo de saberes (d) innovación transformadora (i) socialización y sistematización (s) INTELIGENCIAS MÚLTIPLES LINGÜÍSTICA CORPORAL LÓGICO MATEMÁTICA INTRAPERSONAL INTERPERSONAL O SOCIAL NATURALISTA MUSICAL ESPACIAL SOLUCIÓN DE PROBLEMAS Enunciación del problema. Identificación del problema. Formulación de alternativas de solución. Resolución. Verificación de soluciones.
Indicadores de evaluación. -Analiza y diseña circuitos eléctricos en continua. -Clasifica los elementos básicos de un circuito eléctrico en continua: generadores, resistencias, conmutadores, bombillas. -Interpreta el significado y calcula las magnitudes que explican el funcionamiento de dichos circuitos: tensión, intensidad, resistencia eléctrica, potencia y energía. -Distingue el significado del circuito abierto y del corto circuito. -Utiliza otros elementos sencillos como motores o zumbadores. -Analiza los fundamentos básicos de las señales alternas. -Distingue señales periódicas y aleatorias
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- Componentes eléctricos y electrónicos. - Análisis, simulación, montaje y medida de circuitos electrónicos.
Diseñar y montar circuitos electrónicos para hacer funcionar sensores y actuadores y explicar y documentar su funcionamiento de modo que pueda ser reproducible
- Componer y diseñar estructuras que permitan la aplicación y control de los eventos, objetos, funciones, archivos y procesos más comunes necesarios para la creación de aplicaciones con interfaces gráficas de usuario. - Explicar y elaborar los procedimientos de prueba para cada uno de los procesos de control establecidos.
DEDUCTIVO Enunciación Comprobación Aplicación. MÉTODO DE OBSERVACIÓN Percepción. Análisis. Interpretación. Comparación. Conclusión CORDIS contextualización (co) revalorización de saberes y experiencias (r) diálogo de saberes (d) innovación transformadora (i) socialización y sistematización (s) INTELIGENCIAS MÚLTIPLES LINGÜÍSTICA CORPORAL LÓGICO MATEMÁTICA INTRAPERSONAL INTERPERSONAL O SOCIAL NATURALISTA MUSICAL ESPACIAL SOLUCIÓN DE PROBLEMAS Enunciación del problema. Identificación del
Indicadores de evaluación. -Describir las características de los sensores. -Definición de un sensor como conversor a magnitudes eléctricas de otras variables. -Determina las características básicas y las diferencias entre sensores analógicos y sensores digitales. -Describe los principios de funcionamiento físico de diferentes sensores resistivos (temperatura, iluminación). -Identifica los principios de funcionamiento físico de otros tipos de sensores (por ejemplo los basados en ultrasonidos, sensores de presencia, sensores
7 semanas
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6
Programación de sistemas electrónicos (robótica) en Arduino IDE
Realizar un proyecto Gamificación mediante la elección de una determinada herramienta de desarrollo.
-Distinguir aspectos básicos de la programación de sistemas electrónicos digitales -Utiliza con precisión el entorno de programación de un sistema electrónico. -Desarrolla programas para controlar el funcionamiento de un sistema electrónico. -Identifica y emplea las entradas y salidas analógicas o digitales del sistema electrónico. -Desarrollar, en colaboración con sus compañeros de equipo, un proyecto de sistema robótico. -Realiza la planificación. -Desarrolla el sistema. -Documenta y presenta de forma adecuada los resultados. -Actúa de forma dialogante y responsable en el trabajo en equipo, durante todas las fases del desarrollo del proyecto
problema. Formulación de alternativas de solución. Resolución. Verificación de soluciones. DEDUCTIVO Enunciación Comprobación Aplicación. SOLUCIÓN DE PROBLEMAS Enunciación del problema. Identificación del problema. Formulación de alternativas de solución. Resolución. Verificación de soluciones. DEDUCTIVO Enunciación Comprobación Aplicación. MÉTODO DE OBSERVACIÓN Percepción. Análisis. Interpretación. Comparación. Conclusión
magnéticos). -Realiza el montaje de circuitos electrónicos de acuerdo a un esquema propuesto.
Indicadores de evaluación. -Definición de un sensor como conversor a magnitudes eléctricas de otras variables. -Determinar las características básicas y las diferencias entre sensores analógicos y sensores digitales. -Describe los principios de funcionamiento físico de diferentes sensores resistivos (temperatura, iluminación). -Identifica los principios de funcionamiento físico de otros tipos de sensores (por ejemplo los basados en ultrasonidos, sensores de presencia, sensores magnéticos). -Realiza el montaje de circuitos electrónicos de acuerdo a un esquema propuesto
7 semanas
57 6. BIBLIOGRAFÍA/ WEBGRAFÍA (Utilizar normas APA VI edición)
7. OBSERVACIONES
http://www.lawebdelprogramador.com/diccionario www.alegsa.com.ar/Diccionario/diccionario.php http://www.mcgraw-hill.es/bcv/guide/capitulo/8448169204.pdf http://www.preparadores.eu/temamuestra/PTecnicos/PComerciales.pdf • Evelio Granizo Montalvo - Lenguaje C • Cesar Becerra - Lenguaje C • Juan García - Estructura de Datos • Scot Hillier. A fondo Microsoft Visual Basic Script. Ed. Mc Graw Hill. 1997. • José M. Alarcón. Programación con VBScript. Ed. Anaya Multimedia. 1998. • Nicholas Chase. Active Server Pages 3.0. Serie Práctica. Ed. Prentice Hall. 2000. • Daniel Mezick. Programación de Active. Ed. Mc Graw Hill. 2000. David Sceppa. Programación avanzada con ADO. Ed. Mc Graw Hill. 2000 ELABORADO REVISADO
APROBADO
DOCENTE(S): Ing. Jacqueline Larcos P.
NOMBRE: Ing. Jacqueline Larcos P.
NOMBRE: Lcda. María Figueroa.
Firma: Fecha:
Firma: Fecha:
Firma: Fecha:
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5.3.3
Proceso de aplicación del lenguaje de programación C#/Arduino En este apartado se detalla paso a paso el uso de los lenguajes C# y Arduino
como estrategia tecnológica innovadora en el proceso de enseñanza-aprendizaje. Aplicación del lenguaje de programación C# Todo, desde los microcontroladores hasta los sistemas operativos, está escrito en C#, ya que es muy flexible y versátil, lo que permite el máximo control con un mínimo de comandos. Hay numerosos beneficios de aprender C#; sin embargo, el beneficio más importante es que el lenguaje de programación C# es reconocido en todo el mundo y se utiliza en una multitud de aplicaciones, incluidos los sistemas científicos avanzados y los sistemas operativos. En el mundo actual, los seres humanos debemos ser capaces de resolver los problemas de la vida cotidiana aplicando el pensamiento computacional y pensamiento crítico facilitando de manera ágil y sencilla la resolución del problema plateado o presentado. A continuación se presentan el desarrollo de una primera experiencia con el uso del lenguaje de programación C# con la mediante Windows Form.
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Paso 1: Crear un proyecto con Windows form
Figura 16. Paso 1: crear una nueva aplicación en C#.
60 
Paso 2: Interfaz de Vb.Net con el lenguaje C# y el formulario de Windows Form
Figura 17. Paso 2: Interfaz de Vb.Net lenguaje C# y el formulario de Windows Form.
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Paso 3: Componentes para la aplicación de Windows Form
Figura 18. Paso 3: Componentes para la aplicación de Windows Form.
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Paso 4: Utilización del cuadro de herramientas
Figura 19. Paso 4: Utilización del cuadro de herramientas.
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Paso 5: Primera ejecución del formulario de Windows Form.
Figura 20. Paso 5: Primera ejecución del formulario de Windows Form.
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Paso 6: Líneas de código de la aplicación hola mundo.
Figura 21. Paso 6: Líneas de código de la aplicación hola mundo.
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Paso 7: Aplicación ejecutada.
Figura 22. Paso 7: Aplicación ejecutada.
66 Aplicaciรณn del lenguaje de programaciรณn Arduino.
En esta prรกctica se va a encender un led con la utilizaciรณn de una protoboard y la tarjeta Arduino UNO, como requisito se necesita descargar la aplicaciรณn libre ArduinoIDE e instalar en la computadora a continuaciรณn se detallan los pasos a seguir para realizar un primer ejercicio de electrรณnica digital combinado con programaciรณn en la Tabla 14. Se puede observar los materiales que son necesarios para la aplicaciรณn de la misma. ๏ ท
Paso 1: Materiales.
Tabla 16 . Materiales para la prรกctica en Arduino. Cantidad Materiales 2 LEDs, de distintos colores. 2 Resistencias de 220ฮฉ. 1 Tarjeta Arduino Uno-R3 o Arduino Mega 2560. 1 Cable USB impresora. 1 Un computador. 4 Cables para el montaje del circuito. 1 Protoboard.
Paso 2: Montaje de la prรกctica. Para este paso se debe tomar en cuenta el conocimiento de cuรกl es el cรกtodo y el รกnodo del Led, se coloca el cรกtodo en el pin 13 de la placa arduino y el รกnodo en el GND como se muestra en la Figura 23.
Figura 23. Paso 2: Montaje de la prรกctica Tarjeta Arduino/ Protoboar.
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Paso 3: Procedimiento de cómo llevar a cabo el codificado del programa:
Se inicia indicando el nombre del programa, para insertar comentarios se emplea el símbolo //.
Se declaran las variables. Si es de tipo constante, una variable que no cambia luego de definido su valor, su comando es const. Además, se debe especificar qué tipo de dato es la variable, para número entero su comando es int. Luego se da nombre a la variable y se conecta en la tarjeta Arduino el ánodo en el pin 13 asignándole el valor de 13 en el código.
Se define el tipo de variable: entrada o de salida, mediante void setup (), se abre llave ({ ) para saber qué es lo que contiene ese comando y al finalizar el comando se cierra con llave (}). Internamente del corchete se declarara que la variable LED es de salida, mediante el comando pinMode(LED,OUTPUT); donde OUTPUT indica que la señal saldrá del pin 13.
Luego de definir las variables, se desarrolla el código dentro del comando void loop (), se abre llave ({) y se cierra luego de terminar su cumplimiento (}). Internamente del corchete se establecen las instrucciones que ejecutará Arduino continuamente.
El LED se enciende mediante el comando digitalWrite, la cual envía una señal digital al pin que anteriormente se indicó. Se indica HIGH para encender el pin. Los pines de Arduino que no tienen nada al lado, sino solamente el número ellos tienen una señal alta y baja; LOW=baja es cero (0) y HIGH=alta es uno (1). El código es digitalWrite (LED,HIGH). Luego se emplea el comando delay (milisegundos); que permite retrasar el tiempo que se le indique hasta la ejecución de la siguiente instrucción.
El LED pueda apagarse indicándole esta vez una señal baja LOW, digitalWrite (LED, LOW) y luego se emplea nuevamente el comando delay.
68 Paso 4: Algoritmo de la práctica. En el siguiente algoritmo se muestra como queda plasmado en el IDE de Arduino los procedimientos anteriormente señalados: // Práctica encender y apagar un LED const int LED=13; void setup() { pinMode(LED,OUTPUT); } void loop() { digitalWrite(LED,HIGH); delay(1000); digitalWrite(LED,LOW); delay(1000); }
Desarrollo de la unidad didáctica 6 Programación de sistemas electrónicos (robótica) en Arduino IDE La unidad didáctica se corresponde con el bloque de la asignatura de Diseño y Realización de Servicios de Presentación en Entornos Gráficos de la unidad 6, para los estudiantes del Tercer Año Aplicaciones Informáticas. Los conocimientos previos esenciales son las competencias de desarrollo de productos electrónicos con el lenguaje de programación Arduino IDE.
69 Unidad Educativa “Fe y Alegría” Santo Domingo
Datos Generales
Docente:
Ing. Jacqueline Larcos
Materia/Área
Diseño y Realización de Servicios de Presentación en Entornos Gráficos
Descripción de la unidad didáctica. Número: 6
La unidad didáctica se corresponde con el bloque de la asignatura de Diseño y Realización de Servicios de Presentación en Entornos Gráficos de la Unidad 6, para los estudiantes del Tercer Año Aplicaciones Informáticas. Los conocimientos previos esenciales son las competencias de desarrollo de productos electrónicos con el lenguaje de programación Arduino IDE.
Eje de aprendizaje
Robótica y electrónica digital con Arduino IDE.
Secuencia Didáctica
Clase de introducción a la nueva materia
Clase de aplicación y ejercitación
Clase de consolidación y evaluación
Objetivos didácticos (Destreza y objetivos del currículo)
Comprender el funcionamiento de diversos circuitos eléctricos. Diseñar y montar circuitos electrónicos para hacer funcionar sensores y actuadores y explicar y documentar su funcionamiento de modo que pueda ser reproducible. Distinguir aspectos básicos de la programación de sistemas electrónicos digitales. Desarrollar colaborativamente un proyecto de creación de un robot o aparato electrónico que dé solución a un problema dado y explicar y documentar su funcionamiento de modo que pueda ser reproducible.
Objetivos didácticos por clases:
Describir los conceptos básicos en sistemas de control.
Distinguir aspectos básicos de la programación de sistemas electrónicos digitales
Desarrollar, en colaboración con sus compañeros de equipo, un proyecto de sistema robótico.
Contenidos de aprendizaje
Clase 1: -Sistemas de control en lazo abierto -Sistemas de control en lazo cerrado
Clase 2: -Utiliza con precisión el entorno de programación de un sistema electrónico. -Desarrolla programas para controlar el funcionamiento de un sistema
Clase 3: -Realiza la planificación. -Desarrolla el sistema. -Documenta y presenta de forma adecuada los resultados.
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electrónico. -Identifica y emplea las entradas y salidas analógicas o digitales del sistema electrónico
-Actúa de forma dialogante y responsable en el trabajo en equipo, durante todas las fases del desarrollo del proyecto -Conoce y dialoga sobre las diferentes discapacidades sensoriales y las dificultades para la integración y la autonomía que suponen. -Localiza problemas derivados de las discapacidades sensoriales que pueden ser solucionados mediante la robótica o la electrónica.
Secuencia de actividades
Breve presentación de los contenidos. 1.- Visualización de Video los sistemas de control en lazo abierto y cerrado páginas web. 2.- Debate sobre el video observado. Rutinas del pensamiento Pienso: ¿Qué sabes sobre este tema? Me intereso: ¿Qué te llama la atención sobre este tema? Investigo: ¿Qué te gustaría saber del tema? ¿Cómo podría hacerlo? 3.- Jugando a aprender. 4.- Formar pares: Elaborar un documento en Word “sobre los sistemas de control de lazo abierto y cerrado” 5.- Tomar foto enviar al grupo - Autoevaluación y puesta en común.
. El puente • Mediante la técnica lluvia de ideas planteamos las siguientes preguntas: ¿Qué piensan sobre la electrónica? ¿Será que se puede mover una puerta o ventana ¿Será que se puede aplicar programación? ¿Solo imprimes documentos? • En equipos de trabajo plantear 3 ideas, dos preguntas y una analogía sobre la domótica. • En equipos de trabajo leer el documento de apoyo y revisar el ejemplo planteado. • Investigar sobre los elementos que de identifiquen las características de arduino .
CULTURA DEL PENSAMIENTO (COMPARAR Y CONTRASTAR) PRIMERA PARTE: -Comparar una casa normal con una casa del futuro visualizando el video en YouTube. -En equipos de 3 estudiantes grupos formales trabajar cooperativamente para la elaboración de una casa inteligente. -Utilizar los materiales adquiridos e investigar el funcionamiento de cada uno de los elementos. -Trabajo guiado por la tutora y fortalecimiento de concepto de que es un servomotor, infrarrojo, tarjeta wifi, puertos. -Diseñar un prototipo que permita abrir puertas, ventanas, encender focos mediante infrarrojo o WIFI. -Resolución de problemas en las pruebas -Presentar el prototipo final
Recursos materiales
Aula. Proyector.
-Taller de tecnología. -Placa Arduino (1 por cada 3 alumnos)
-Taller de tecnología. -Placa Arduino (1 por cada 3 alumnos)
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Pizarra. Computador con acceso a Internet. -Cuestionario de evaluación inicial.
con placa de conexiones, cableado, elementos, actuadores y fuente de alimentación. -Cuestionario de clase.
con placa de conexiones, cableado, elementos, actuadores y fuente de alimentación. -Ordenador con conexión a Internet (1 por cada 3 alumnos). Protoboard Recistencias Cables Transistores Led Circuito integrado Bateria Diodos led Tarjeta aruino Servo motores Infrarrojos Relevador Cables conectores Tarjeta wifi Control remoto Comvertidor de voltaje Focos.
Organización del espacio y del tiempo
Laboratorio de computación. Organización grupal. 8 horas clase
Laboratorio de computación. Organización grupal. 20 horas clase.
Laboratorio de computación. Organización individual. 50 horas clase
Evaluación
Meta cognición
Rúbrica
Rúbrica
72 Para la aportación de la guía se toma la unidad 6 la misma que se describe paso a paso el proceso con el objetivo de encender y apagar un bombillo de 110 V usando un relé y la tarjeta Arduino. En esta práctica, se trabaja la parte electrónica que permite activar un relé para dar cierre o apertura a un circuito eléctrico. Como paso previo se debe descargar e instalar el software IDE de Arduino Materiales y Métodos:
Un bombillo de 110 V.
Un socate para instalar el bombillo.
Enchufe a toma corriente de 110V.
Un relé 5VDC.
Una tarjeta Arduino.
Un cable USB impresora.
Un computador.
Cables para el montaje del circuito.
Protoboard.
Antes de empezar con el desarrollo de la práctica debemos saber que es un relay. Un Relé (Relay en inglés), es un dispositivo que funciona por electromagnetismo. Básicamente sirve como interruptor. Por un lado, se activa utilizando una señal de bajo voltaje, como por ejemplo una corriente continua de 5 voltios. Al activar el relé mediante electromagnetismo se abre o se cierra un canal que transmite un voltaje y amperaje más alto. En esta práctica se aprovecha el relé como interruptor para encender o apagar un bombillo que va conectado una señal de 110 voltios. El relé tiene:
Por un extremo tres entradas: Tierra, Voltaje de Entrada y Señal de activación.
Por el otro extremo tiene tres salidas. La del medio es común a la de los extremos. Cada extremo sirve para un circuito abierto o cerrado.
Si se conecta la entrada común con el canal abierto, el relé debe ser activado para que permite pasar la señal
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Si se conecta la entrada común con el canal cerrado, el relé permite pasar la señal sin necesidad de activarlo. Al activarlo, se interrumpe el paso de la señal.
Montaje de la Práctica: Antes de comenzar montaje del circuito electrónico, primero observe la Figura 24:
Figura 24. Montaje del circuito encender un bombillo mediante un relé.
De la Figura 24, se observa el cableado a realizar para los distintos componentes. Como se ve, el relé tiene tres entradas. La primera de izquierda a derecha conecta a tierra (GND en Arduino). El del medio va al pin de 5 V. El tercer pin va conectado al pin 9 que es el que al estar activo activará el relé. Del otro lado, del relé se tiene que la línea activa va al punto común (pin central). Como se quiere que inicialmente el circuito esté abierto, bombillo sin encender. Se utiliza el canal abierto (primero de izquierda a derecha) para conectar el cable activo del enchufe al bombillo. Luego de elaborar el circuito en la protoboard y la tarjeta Arduino 1, se desarrolla el código en el IDE de Arduino. En el menú desplegable Herramientas -> placa se selecciona la tarjeta Arduino que se está utilizando sea Arduino Uno-R3 o Arduino Mega 2560. Herramientas -> Puerto se debe seleccionar bajo que puerto USB se va a conectar el Arduino con el computador.
74 Para que el IDE de Arduino pueda entender los comandos es necesario que al final de cada instrucción se coloque punto y coma (;).
Procedimiento de cómo llevar a cabo el codificado del programa:
Una de las ventajas de las tarjetas microcontroladoras, es que códigos previamente desarrollados pueden ser reusados en otras aplicaciones. En esta práctica reusamos el código de la Práctica 1. En este caso se usa el Pin 9 para activar el relé. En el siguiente algoritmo se muestra como queda plasmado en el IDE de Arduino los procedimientos anteriormente señalados: // Práctica activar un relé const int relePin=9; void setup() { pinMode(LED,OUTPUT); } void loop() { digitalWrite(relePin,HIGH); }
Algoritmo 1: Código del programa para encender y apagar un bombillo mediante un relé y la tarjeta Arduino. Al terminar el desarrollo del programa, se debe compilar Programa esto para verificar si existen errores dentro del código. Luego si no existen errores se puede cargar el código en la tarjeta Arduino para que esta lo ejecute.
Conclusión
Se aprendió como implementar un relé. Un bombillo de 110 V fue activado mediante la tarjeta arduino y un relé. Así, con una señal de corriente continua de 5 V se pude encender
75 una bombilla de 110V. Esta práctica puede servir para todas aquellas aplicaciones que requieran activar un componente que trabaja a mayor voltaje y amperaje mediante la tarjeta electrónica arduino. Para visualizar algunas evidencias puede observar el anexo 8 donde los estudiantes están realizando la práctica del encendido del foco con el relevador y la tarjeta Arduino 1. 5.3.4
Cronograma sugerido para su aplicación
Tabla 17 . Cronograma de aplicación de la propuesta MIPADE. Actividades Septiembre 2019 1 2 3 4 Socialización con las autoridades. X Socialización con el área de informática. X Modificación del PCI.
X
Revisión del plan curricular PCA.
X
Diseño del prototipo. Procedimiento y ensamblaje del prototipo.
1
2
X
X
Noviembre 2019
3
4
X
X
1
2
X
X
3
X
Pruebas y correcciones del prototipo
X
Casa abierta
X
Evaluación del proyecto y socialización de resultados
4
X
Socialización con los padres de familia y estudiantes.
Trabajo con los estudiantes en el laboratorio (Conocimientos básicos de electrónica y arduino)
Octubre 2019
X
76
6
DISCUSIÓN
La finalidad de esta investigación fue medir el nivel del pensamiento computacional en los estudiantes de tercero de bachillerato de la Unidad Educativa “Fe y Alegría” En primer lugar se debe mencionar que la abstracción y la capacidad de encontrar patrones, y la habilidad de buscar soluciones de manera operativa es en donde trabaja esta metodología, no por llamarse pensamiento computacional está necesariamente vinculado con las computadoras esta metodología va más allá, es donde los estudiantes aplican conceptos computacionales para dar solución a un problema de la vida cotidiana, tal como lo mencionan Jang, Kim y Lee (2018), así mismo como se muestran los resultados obtenidos donde los estudiantes de 17 años de edad (32.73%) “casi siempre”, utilizan los conectores lógicos para la toma de decisiones para dar solución a un problema, en la misma situación se encuentran los estudiantes de 16 años (30.00%). Así mismo los autores Novak, Kalova y Pech (2018) manifiestan que el pensamiento computacional ha sido reconocido recientemente como uno de los conocimientos básicos que se desarrollarán desde la infancia. Además Arduino (2019) sugieren que la codificación y las computadoras no son solo programas, sino herramientas que ayudan a los estudiantes a desarrollar habilidades para resolver problemas y comprender mejor cómo funcionan las cosas por estas razones, se ha centrado una gran atención en este tema tanto desde el punto de vista pedagógico como tecnológico. Con respecto a los resultados obtenidos los estudiantes tienen desarrollado una estructura logarítmica al poder manejar una bicicleta y esa actividad ya la desarrollan desde muy tempranas edades coincidiendo con los autores Hsiao et al., (2018) donde manifiestan que el pensamiento computacional es una tendencia educativa a temprana edad y es cada vez más interesante, ya que actualmente se piensa que la próxima generación necesitará dominar esta habilidad para tener éxito en la vida moderna. De acuerdo a la investigación realizada por Fernández (2017) donde, estos hallazgos coinciden con la dimensión formular problemas donde se plantea “Reducción del proceso algorítmico para resolución de problemas”, donde se obtiene 39,89%, llegando a representar un alto nivel; por ello, la importancia donde el alumno debe comprender la primera etapa es la abstracción del problema en funcionalidad a su resolución. Esto concuerda con Jang, Kim y Lee (2018) que señalan que el enfoque cognitivo y metódico de la resolución de problemas es la base del pensamiento algorítmico: definir los pasos para completar la tarea.
77 Por otra parte lo más relevante de esta investigación es que los estudiantes tienen gusto por la robótica y la electrónica como se puede observar los estudiantes de 17 años de edad (30.00%) tienen un gusto por la robótica y la electrónica de igual manera los estudiantes de 16 años de edad (20.91%), resultados que han permitido establecer varias actividades de enseñanza-aprendizaje para presentar a los estudiantes de bachillerato, con experiencia gamificación, codificación en Ardunio y C#, el proceso de construcción del algoritmo desde ejercicios simples hasta tareas más complejas como lo sugieren Zhang, Chen y Wang (2019) en el mundo actual de alta tecnología y en constante cambio, está cada vez más claro que los estudiantes deben poder pensar críticamente y resolver problemas complejos y mal definidos para poder prosperar verdaderamente en el entorno donde se espera que algún día vivan y trabajen.
78
7
CONCLUSIONES
La investigación se ha enfocado en plantear estrategias digitales innovadores, la guía didáctica MIPADE ayuda a construir y fortalecer el perfil de salida de los estudiantes, convirtiéndoles en personas justas, innovadoras, solidarias, críticos, dueños de sus propias decisiones con voz y voto en su formación, más prácticos menos teóricos. De acuerdo al objetivo general “Desarrollar una propuesta metodología que aporte al desarrollo el pensamiento computacional en estudiantes de tercero de bachillerato de la Unidad educativa Fe y Alegría mediante la estrategia didáctica gamificación y el uso del lenguaje de programación Arduino.” este estudio consistió en valorar el nivel de desarrollo del pensamiento computacional en estudiantes de tercero de bachillerato de la Unidad educativa Fe y Alegría mediante la estrategia didáctica gamificación y uso del lenguaje de programación Arduino se concluye que: Con respecto al primer objetivo específico “Sistematizar los fundamentos teóricos y tecnológicos que permitan definir el pensamiento computacional en bachillerato.” Los referentes epistemológicos investigados han servido de sustento para el desarrollo de la investigación donde esta visión plantea un nuevo desafío educativo para nuestra sociedad, especialmente para los estudiantes. Al pensar en la informática, debemos estar en sintonía con los tres impulsores de nuestro campo: ciencia, tecnología y sociedad. La aceleración de los avances tecnológicos y las demandas sociales monumentales nos obligan a revisar las bases científicas que sustentan la aplicación del Pensamiento Computacional en la escuela del nuevo siglo. En el segundo objetivo “Diagnosticar el nivel de pensamiento computacional de los estudiantes de tercero de bachillerato” se puede mencionar que mediante la encuesta aplicada a los estudiantes de terceros de bachillerato se determinó el nivel de pensamiento computacional y las estructuras logarítmicas desarrolladas para la resolución de problemas mediante el uso de conceptos computacionales mismo que permiten dar un abanico de soluciones a un problema propuesto de una manera crítica y creativa para toda la vida. En el tercer objetivo “Diseñar una guía didáctica basada en el lenguaje de programación que contribuya al desarrollo del pensamiento computacional en los estudiantes de tercero de bachillerato” los resultados obtenidos en el presente trabajo de titulación se
79 presentó la propuesta MIPADE que mediante sus actividades y contenidos permitirá desarrollar el Pensamiento Computacional a través de la Programación y la Gamificación como un elemento esencial en el proceso de enseñanza-aprendizaje de los estudiantes de tercero de bachillerato. Se describe dos lenguajes de programación que ilustran paso a paso como se aplica el uso de C# y Arduino como un entorno de desarrollo del Pensamiento Computacional.
80
8
RECOMENDACIONES
Este siglo está fuertemente influenciado por la informática, por lo que es imprescindible que los docentes incorporen el pensamiento computacional en la educación primaria y secundaria, deben de incentivar a los estudiantes a través de concursos de programación y robótica, de esta forma se despertará el interés de estos. La aplicación de la guía MIPADE se debe aplicar en los meses y tiempos propuestos en el cronograma de la aplicación de las actividades de la planificación curricular misma que permitirá aplicar el postest para obtener los resultados concluyendo con el diseño de la investigación que es un cuasi-experimento. También se recomienda la correcta gestión de tiempos para la elaboración del trabajo de titulación ya que esto ha sido un limitante para poder concluir con todas las actividades propuestas como son la propuesta de intervención y el postest mismos que permiten medir el alcance y el impacto del mismo. La propuesta se la puede adaptar para aplicarlas desde los grados inferiores ya que si es desarrollada desde edades tempranas los resultados que se obtendrían serian de gran impacto para la comunidad educativa porque permitiría desarrollar proyectos interdisciplinarios entre áreas afines logrando romper los paradigmas de la autonomía en el proceso enseñanzaaprendizaje. Por otra parte se recomienda al docente ser más un guía y permitir que el estudiante se desarrolle como autor de su propio conocimiento gestionando e investigando el conocimiento fortaleciendo y desarrollando la cultura de la autoformación e investigación de tal manera logre un aprendizaje significativo y para toda una vida. Para la institución educativa se recomienda que el mantenimiento adecuado de los laboratorios de manera preventiva y correctiva ayudara a no retrasar el cronograma planteado, también la compra de kits de robótica y electrónica facilitara de mejor manera la gestión del aprendizaje de forma práctica.
81
9
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(847).
86
10 ANEXOS Anexo 1. Cronograma
N.ACT.
CRONOGRAMA
1
Desarrollo del Plan
2
Aplicación de instrumentos
3
Elaboración del marco teórico
4
Elaboración de la propuesta de intervención
5
Ejecución del Proyecto
6
Constatación de los resultados
7
Elaboración del informe final de tesis
8
Publicación del articulo
9
Disertación del grado
DIC 2018
2019 E
F
M
A
M
JN
JL
A
S
87 Anexo 2. Tabla de recursos Recursos
Valor total
Valor unitario
Cantidad
USD
GASTOS Humano Estudiantes*
0
1
Costos Operacionales (materiales)** Resma de papel.
1500
0,08
120
750
0,05
37,5
Carpetas
5
0,35
1,75
Transporte
5
0,4
2
10
3
30
6
2
12
Computadora
1
1200
1200
Impresora
1
300
300
Cartuchos Tinta
6
15
90
Pen drive
1
6
6
Internet
1
30
30
Teléfono
1
10
10
Informe Final (Anillado)
1
100
100
Cd´s Subtotal
0
0,5
Copias
Comida Anillados de borradores Inversiones (tecnológicos)**
Gestión (mes)**
Reproducción de escritos º
Imprevistos 5% TOTAL:
0 1939,25 96,96 2.036,21
INGRESOS Fuente de Ingresos Recursos propios CRÉDITO TOTAL:
249,36 10000 10.249,36
88 Anexo 3. Carta de aprobaciรณn de intervenciรณn
89
90 Anexo 4. Validaciรณn de expertos
91
92
93
94
95
96
97
98
99
100
101
102 Anexo 5. Carta de impacto
103 Anexo 6. Aplicaciรณn de la encuesta a estudiantes
104 Anexo 7. Aplicaciรณn de la propuesta de intervenciรณn de forma parcial gamificaciรณn
105
Anexo 8. Aplicaciรณn de la propuesta de intervenciรณn de forma parcial programaciรณn en Arduino
106 Anexo 9. Competencias digitales
107 Anexo 10. Guía Metodológica MIPADE