Robótica Pedagogica

En este campo de la robótica es aplicable a la pedagogia dado que se han estado buscando nuevas formas de enseñanza y debido a la aplicación que se ha venido dando en algunos paises se aplica este medio como enseñanza entre los cuales nos ofrece las ventajas de que le hace mas interesante al alumno aprender y su desventaja es el alto costo que implica el aplicarlo en las escuelas sin embargo mostraremos un ejemplo de como se aplica eto en la materia de física y que ayuda a estudiantes de secundaria a aprender y practicar estos conceptos.

Campo de Aplicación: Aprendizaje sobre Física
En algunas aplicaciones resulta imprescindible disponer de un “motor físico” para calcular lo que está pasando en tu mundo virtual. Por ejemplo, es muy útil para la programación de juegos o la simulación de robots, existe un motor físico de calidad profesional que tiene una licencia libre y que es multiplataforma: el Open Dynamics Engine (ODE). A continuación se muestran dos ejemplos de utilización del ODE, escritos en C y para plataformas LINUX.

Los ejemplos que se muestran son los más sencillos posibles, los podríamos llamar los “hola mundo” del ODE :
· Gravedad: Se crea un mundo virtual, se sitúa una caja a una cierta altura y se obtiene su posición en función del tiempo (es decir, cómo va cayendo). Es un ejemplo para consola. Este ejemplo se recomienda para probar si se tiene bien instalado el ODE.
· Gravedad + colision: Mismo ejemplo anterior pero ampliado para detectar colisiones. Se sitúa un “suelo” y se repite el mismo experimentos: situar una caja a cierta altura para que caiga. Es también un ejemplo para consola.

Es un motor físico para evaluar el movimiento de los robots “gusano”, recolectar datos y aplicar algoritmos genéticos para optimizar el movimiento de los robots.
Estos programas de ejemplo se han probado en una máquina con Debian/Etch. Para instalar el ODE.

Ejemplo “hola mundo” 1: Gravedad
Es un programa para consola, que no utiliza la representación 3D. Se crea un mundo virtual y se sitúa en él una “caja” de una cierta masa y a una determinada altura. Como salida del programa se obtiene un vector con las sucesivas posiciones de la caja según transcurre el tiempo, es decir, como cae en el mundo virtual. No hay ningún suelo por lo que el objeto caerá indefinidamente...
La salida del programa es un script para Octave/Matlab que permite visualizar la gráfica de la caída.
Al ejecutar el programa en octave se mostrará la gráfica de la caída de la caja:

Ejemplo “hola mundo” 2: Gravedad y colisión
Este ejemplo es una ampliación del anterior, al que se le han añadido detección de colisiones. Es también un programa para consola, sin representación en 3D.
En el mundo virtual creado se sitúan dos objetos: un plano infinito que hace de suelo y una “caja” situada a una cierta altura sobre el suelo. Al realizar la simulación, la caja caerá hasta que llegue al suelo, donde colisionará y se detendrá. La salida del programa es un programa para Octave/Matlab que permite visualizar la gráfica de la caída.
En el ODE hay que distinguir dos tipos de elementos. Uno son los cuerpos (bodies) que tienen una posición en el espacio, una orientación, una velodiad lineal y una velocidad angular. Los otros son las geometrías, que determinan la “forma” del cuerpo y son sobre las que actúa el sistema de detección de colisiones. Nuestros objetos, por tanto, tendrán dos componentes: el cuerpo y su geometría. Si no estamos interesados en la colisiones no hace falta utilizar las geometrías.
Para detectar las colisiones, es necesario crear un espacio de colisiones, donde situaremos todas las geometrías que queremos comprobar. Está implementado de esta manera en ODE para que la detección sea más rápida.
El ODE es un motor físico de carácter general, que permite a los desarrolladores extender sus funcionalidades. El qué hacer cuando hay una colisión es decisión del programador. Cuando se realizan juegos, puede interesar implementar una rutina de detección de colisiones propia. Sin embargo, en este ejemplo y en la mayoría de los ejemplos que yo he utilizado, lo único que se necesita es un “comportamiento normal”, similar a lo que ocurre en la realidad. Eso lo tenemos que programar nosotros y se incluye en este ejemplo. Lo interesante es que la rutina proporcionada es válida para la mayoría de los usos normales. No hay que re-escribirla para cada aplicación. Un simple “copy & paste” nos valdrá.
Al ejecutar el programa en octave se mostrará la gráfica de la caída de la caja:
Se puede observar cómo la caja se detiene aproximadamente cuando llega a una altura de cero. En realidad se puede apreciar que llega a cero y que luego “sube” un poco. El ODE está diseñado no para obtener valores instantáneos exactos, sino para que el resultado global sea muy parecido a lo que ocurre en la realidad. El tiempo empleado en ODE es “discreto” por lo que se van acumulando errores durante la simulación. El propio motor de ODE los va corrigiendo, como en este caso. La “caja” tiene una cierta altura y su centro de gravedad no llegará a estar en la posición cero, sino un poco más elevado. En la primera caida, se acumula un error que suelo se va corrigiendo.
Si se realiza una simulación con “pasos” más pequeños, los resultados serán más exactos, pero se tardará más tiempo. Consultar la documentación para determinar cómo mejorar la precisión del simulador.

Simuladores

Considero que los simuladores son buenos para aplicar educativamente sobretodo cuando no se cuenta con las condiciones o recursos necesarios para poder realizarlos de manera practica, entre las ventajas están: podemos ver los diferentes efectos de nuestra simulación en diferentes condiciones de manera rápida y automáticamente y considero que entre las desventajas es que solamente contempla algunos factores que son los programados y no todos los que en la realidad pueden afectar como son las variables externas.

Vivero electrónico: Aquí nos permite simular la siembra de arroz, caña, fríjol, maíz y trigo, cuando elegimos la simulación del cultivo seleccionamos el tipo de suelo, la retención de la humedad. En la simulación del cultivo, seleccionamos el clima y fecha de siembra aquí podemos ver como nuestra plantita va creciendo de acuerdo a las condiciones que establecimos y nos permite graficar lo que ocurrió con nuestro cultivo, y contiene una parte de simulación del clima en el cual nos muestra como funciona el clima elegido, además contiene una parte llamada herbario en la cual nos dice las características de los cultivos que contiene nuestro vivero.

Mesa de Newton: Se pueden realizar diferentes experimentos de física aplicando los principios de Newton, pudiendo utilizar de una a tres esferas como máximo y establecer diferentes configuraciones de la mesa con cada una de las esferas podemos aplicar diferentes propiedades para controlarlas y cambiarlas tales como su masa, su posición inicial, así como la velocidad y la dirección de su movimiento, también podemos establecer las condiciones de la mesa cambiando su fricción, resistencia, elasticidad, inclinación y tamaño de la mesa. Al finalizar nuestro experimento nos permite graficar automáticamente los resultados obtenidos para que analices y comprendas mejor los cambios que se dieron y en que tiempo se notaron. En la gráfica se observa el tiempo, la velocidad, la distancia recorrida y la energía.


Laboratorio espacial: Te permite hacer lanzamientos de cohetes utilizando los principios de física como son masa, peso, fuerzas, cantidad de movimiento, etc y consta de tres partes:1. Centro de estudios espaciales en el cual se puede entrenar para crear las misiones y consultar los recursos para entender lo que implica un viaje espacial.2. Taller de diseño de vehículos: específica el tipo de cohete que se usa para poner satélites en órbita se pone abastecimiento de combustible durante la trayectoria, se especifica el tipo de motor, consumo de combustible por cada etapa de propulsión que son tres.3. Centro de Control de Misiones: aquí se lanzan los vehículos al espacio, se monitorea su comportamiento y cuando entra en órbita, nos permite la modificación de la trayectoria y visualizar el comportamiento.

Software educativo

Softwares

Entre el software educativo que se puede utilizar con una sola computadora considero que los mejores programas son los siguientes: Science Court , Choices, choices y Maxdata; en este orden; por las características que menciono a continuación:

Science Court
Ofrece la manera de introducirlos a los temas de la ciencia y al proceso del modelo científico en la clase. Aunque tiene algo de humor animado, directamente intercambia concepciones comunes en la tierra, vida y tópicos de la ciencia física. Los estudiantes en tono de crítica examinan los hechos articulando sus entendimientos en múltiples maneras y actuando en los experimentos para predecir las decisiones y el veredicto final. Esto engancha a los alumnos a realizar investigaciones para construir su entendimiento en la ciencia mientras se realiza con el humos de la Corte de Ciencia.
Características:
Cambia la concepción de los estudiantes acerca de los conceptos de la ciencia fundamental para construir un entendimiento profundo
Envuelve a los estudiantes con 25 minutos de animación humorística
Incluye tres tipos de actividades con materiales enlistados, con instrucciones paso a paso, y hojas para recordar, analizar sus resultados
Hojas de trabajo y grupos estructurados de discusiones que requieren respuestas verbales y escritas para respuestas cortas.
Los estudiantes:
Usaran procesos científicos y experimentos para introducir a los estudiantes para persistir en las concepciones de la ciencia
Aprender y aplicar los conceptos en ciencia, obtener evidencia y hacer observaciones
Usar la ciencia para explicar los fenómenos físicos y naturales
Mejorar sus habilidades para recordar contenidos y responder a las preguntas abiertas.

Cuenta con los siguientes títulos:
Data & Inquiry, Electric Current ,Fossils ,Gravity ,Inertia ,Living Things ,Particles in Motion ,Seasons ,Soil ,Sound ,Water Cycle , Work & Simple Machines

Choices, Choices 5.0
Enseña a los estudiantes pequeños a tomar decisiones inteligentesA los niños se les dificulta tomar decisiones todos los días, evaluar sus valores con las expectativas de sus amigos, pariente y maestros, este programa los ayuda a desarrollar las habilidades y conciencia que ellos necesitan para hacer sabias decisiones y a pensar en las consecuencias de sus acciones.
Los estudiantes aprenderán:
Demostrar pensamientos críticos, ponerse metas y las habilidades para resolver problemas para hacer buenas decisiones.
Usar un proceso estructurado de resolución de problemas a identificar un problema, reunir información, enlistar opciones, valorar los pros y los contra, escoger una solución y evaluar la salida.
Entender cada uno de los roles individuales que hay en una sociedad democrática.
Características:
Escenarios del mundo real ayudan a los estudiantes a ver las consecuencias de sus decisiones
Se puede volver a jugar el mismo escenario para hacer diferentes decisiones y ver las diferentes salidas
Incluye los planes de las lecciones, hojas para los estudiantes y actividades extra
Contiene los siguientes títulos:
Kids & the Environment
On the Playground
Taking Responsibility

MaxData
Las bases de datos jamás han sido tan fáciles o mas divertidas, MaxData trabaja con Microsoft Excel y Microsoft Access no se requiere para que los estudiantes necesiten una edad apropiada para introducirlos a las bases de datos. Los estudiantes aprenden todos los aspectos del manejo de los datos desde los primeros pasos de una simple presentación de datos para aprender los conceptos utilizados en las bases de datos tales como campos, tipos de campos, registros, tablas y filtros. Además contiene una interfaz fácil de usar, el cual esta adaptado a tres grados, adecuados a los niveles de los estudiantes que pueden concentrar sus ideas, relaciones y la información a ser explorada.
Los estudiantes lograrán:
Crear Bases de datos
Coleccionar y organizar datos
Mostrar, interpretar y comunicar efectivamente los datos
Manipular información y hacer reportes
Características:
Tres niveles de funcionalidad permiten diferenciar las instrucciones
Ver registros en las tablas y en grupos
Crear reportes estándares, tablas, columnas y gráficas con diseños propios
Dibujar herramientas y dibujos a los registros

Miniquest

MINIQUEST: ¿CÓMO REALIZAREMOS LAS TAREAS PARA ESTAR LISTOS?

AUTOR: LIC. ZAZIL HA J. ZAVALA GÓNGORA

Escenario:
Ya es época navideña y el tiempo te ganó te faltaron unas tareas por realizar y tienes que prepararte para el festejo de esta noche por lo tanto tienes que hacerlas o te castigarán y no saldrás a festejar esta noche.

Tareas:

1. Tienes que bañar al perro y tenerlo limpiecito para la tarde

2. Adornar el árbol de navidad

3.Enviar una tarjeta de felicitación a un viejo amigo, no tienes la tarjeta ni los timbres, en tu casa tienes sobres, papel y pluma y puedes depositar la carta en el buzón.

Producto:
Lo que vas a hacer es escribir un reporte en Word de los pasos ordenados lógicamente de manera que te permitan realizar cada una de las tareas encomendadas, para poder salir y festejar a gusto esta noche de navidad.

Comentario: Se trata sobre el tema de algoritmos que es dirigido a alumnos de primer semestre del bachillerato en la materia de principios de programación.