mÁquinas inteligentes

MÁQUINAS inteligentesen educación

Este proyecto de investigación pretende acercar a la comunidad estudiantil adolescente a la exploración de la tecnología robótica de una manera práctica. Busca invitar a los jóvenes a seguir el camino de la formación profesional, en vez de optar por el camino de las jornadas laborales, en particular las de trabajo en minería. De esta manera se estarían ampliando sus capacidades humanas, trayendo mejor calidad de vida para ellos, sus familias, su entorno y la sociedad en general (ver figura 1).

Jovani Alberto Jiménez Builes. Licenciado en Docencia de Computadores. Magíster en Ingeniería de Sistemas. Doctor en Ingeniería - Sistemas. Profesor Asociado del Departamento de Ciencias de la Computación y de la Decisión de la Facultad de Minas de la Universidad Nacional de Colombia. Director del Grupo de investigación Inteligencia Artificial en Educación. Director de la revista Avances en Sistemas e Informática. Universidad Nacional de Colombia.

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John Willian Branch Bedoya. Ingeniero de Minas y Metalurgia. Magíster en Ingeniería de Sistemas. Doctor en Ingeniería - Sistemas. Profesor Asociado del Departamento de Ciencias de la Computación y de la Decisión de la Facultad de Minas de la Universidad Nacional de Colombia. Investigador grupo de investigación Inteligencia Artificial en Educación. Decano de la Facultad de Minas. Universidad Nacional de Colombia.

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Máquinas inteligentes en educación

El proyecto también se extiende a los profesores, con el ánimo de que conozcan nuevas metodologías y didácticas y las apliquen. Las deficiencias en la enseñanza han sido siempre objeto de estudio, dada la ausencia de una formación en habilidades de pensamiento crítico y creativo y en métodos de resolución de problemas. Esto se debe, entre otras cosas, a las tradicionales metodologías magistrales y de memorización de conceptos, donde el profesor tiene un rol activo y el estudiante uno pasivo, además de relegar el desarrollo de la creatividad a ciertos cursos o niveles (González & Jiménez, 2009).

Esta investigación desarrolló un modelo que conjuga diferentes elementos para una educación en donde cada individuo es diferenciado, lo que permite potenciar sus capacidades de aprendizaje.

Los estudiantes de educación básica y media del sistema educativo colombiano que se encuentran ubicados en zonas de influencia de la minería continuamente abandonan sus instituciones educativas para dedicarse al trabajo (ver figura 2).

Los oficios a los que se enfrentan estos adolescentes (que en muchos casos son menores de edad) se enmarcan principalmente en el transporte de carga pesada de mineral (80 a 100 kg aprox.) desde el sitio de la explotación hasta la superficie. Esta actividad es realizada en situación precaria por trabajadores comúnmente llamados “catangueros”, que son mano de obra no calificada y que comprometen seriamente su salud y su condición humana. Además, trabajan en un ambiente subterráneo pobre en condiciones ambientales (poco aire y poca iluminación), con pendientes fuertes y escaleras irregulares y resbaladizas (Gobernación de Antioquia, 2008).

Además, estos adolescentes que prefieren la minería en vez de su formación educativa se exponen a la contaminación con mercurio. Un estudio realizado a 14.773 pacientes determinó que el 61% estaba contaminado por este químico y el 18%, intoxicado. El rango aceptado por la Organización Mundial de la Salud (OMS) es de hasta 10.000 nanogramos por metro cúbico en el aire, y las mediciones indican que en la zona del nordeste antioqueño hay entre 10 y 20 veces más esa cantidad, de acuerdo con un estudio realizado para la Agencia para el Desarrollo Industrial de la ONU, por el profesor de la Universidad de British Columbia Marcello Veiga.

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Segovia, uno de los municipios de la zona norte de Antioquia, es considerado el área del mundo más contaminada por este químico. Las consecuencias para cerca de 150 mil personas del distrito minero que están expuestas pueden ir desde problemas respiratorios, impotencia, pérdida de memoria, daños en las encías y los riñones, temblores y demencia, hasta la muerte. Además, a través del mercurio que cae en el agua y en la tierra pueden darse mutaciones genéticas que, sin embargo, aún no han sido estudiadas (Agencia de Noticias UN, 2010; López, 2010). Sería interesante conocer además si estos adolescentes y sus empresarios aportan al sistema de seguridad social colombiano.

En algunos casos, estos menores de edad deben velar por el sostenimiento de sus familias, lo que obligatoriamente los hace elegir el camino de la minería, en vez del educativo. Inician este primer camino siendo niños o adolescentes y lo terminan siendo adultos o cuando sufren un accidente.

Además de la obligación por sostener a sus familias, ellos argumentan que optar por el camino de la formación educativa es una tarea larga, compleja, poco útil (no soluciona problemas reales) y que no les ofrece beneficios a corto plazo. Este panorama se oscurece cuando se conoce que los recursos para la educación de sus regiones son pocos, y que faltan iniciativas para innovar en este sentido.

Es a partir de un fortalecimiento en las estrategias de enseñanza y aprendizaje que los profesores pueden lograr cambios positivos en el quehacer educativo, dando sostenibilidad al proyecto. Estas estrategias se fundamentan en las teorías modernas de aprendizaje, las cuales, ya juzgadas y estudiadas, se han encontrado efectivas (ver figura 3).

El empoderamiento tecnológico también cumple un papel primordial. Uno de los aportes más significativos se ha dado en la robótica, ya que se utiliza para el fortalecimiento de las habilidades creativas y de aprendizaje (González et al, 2011).

La ciencia y la tecnología están presentes en muchos de los elementos que nos rodean en la vida cotidiana; sin embargo, sus conceptos y prácticas suelen estar alejados del pensamiento de grandes sectores de la población de nuestra región. (ver figura 4)

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El contacto con los conceptos de ciencia y tecnología y el acercamiento a las nuevas tecnologías son medios importantes para crear una relación con el conocimiento y el aprendizaje, así como para despertar y dirigir los intereses de los miembros de nuestra región, en especial de los adolescentes ubicados en zonas de influencia de la minería que se encuentran tomando decisiones con respecto a su vida y perfilando sus intereses profesionales y ocupacionales. Específicamente, el trabajo con la robótica les permite un acercamiento a la mecánica, la electrónica, la electricidad y la informática y, a través de ellas, a áreas como la física y la matemática. El proceso de construcción de un robot ayuda a los alumnos adolescentes a comprender conceptos relacionados con sistemas dinámicos complejos, y en particular, la manera como emerge un comportamiento global a partir de dinámicas locales.

Durante las últimas décadas, investigadores e industrias han propuesto y desarrollado cierto número de kits para la construcción de robots, diseñados para estimular el aprendizaje de conceptos y métodos relativos a la educación en contenidos científicos, como matemáticas, física, informática y mecánica. Productos como Lego Dacta, Lego Cybermaster y Lego Mindstorm se encuentran en el mercado y se usan con frecuencia en universidades e instituciones educativas dentro de proyectos de trabajo con niños y jóvenes. Estos kits han sido desarrollados de acuerdo con los principios educativos derivados de las teorías de desarrollo cognitivo de Jean Piaget. Este enfoque indica que en todo proceso de aprendizaje el papel activo de quien aprende es el que amplía su conocimiento a través de la manipulación y construcción de objetos. Y a partir de los aportes de Lev Vygotsky, se asume hoy en los medios pedagógicos que el aprendizaje precede e impulsa al desarrollo; de tal manera que todo proceso en el cual los sujetos de aprendizaje se relacionen con procesos concretos terminará por internalizar los objetos de conocimiento como constitutivos de su subjetividad, para el caso, las categorías esenciales de la ciencia y la tecnología; de esta manera, este enfoque también valora la construcción de kits como herramienta de aprendizaje.

Michael Resnick, del Media Lab del Massachusetts Institute of Technology (MIT), ha desarrollado una metodología de

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enseñanza que facilita el aprendizaje de conceptos esenciales para la comprensión de sistemas complejos dinámicos. Resnick le propone a un grupo de alumnos que construya organismos artificiales. El grupo sigue un preciso plan de construcción proporcionado por los profesores e instructores, con la posibilidad de introducir variantes. Estas variantes son las que permiten que los organismos artificiales puedan llegar a exhibir comportamientos interesantes.

Experimentos básicos como este ayudan a los estudiantes a asimilar conceptos que, de otro modo, serían abstractos y confusos. Los niños asimilan nociones de dinámica y complejidad mediante la construcción de sistemas integrados por varios componentes de hardware y software. Aprenden a estudiar la realidad desde varios puntos de vista (ver figura 5).

El proceso inicia con una breve introducción, en la cual se explica que el objetivo del profesor no es impartir conocimiento, sino acompañar en el proceso de aprendizaje e interacción con los robots. También se explica de una manera muy sencilla cómo se deben conectar los sensores y cómo se enciende el robot.

Luego se propone un objetivo a manera de una competencia o carrera por equipos (lo cual incentiva la participación y la concentración). Esto se lleva a cabo enfrentando los grupos de estudiantes con robots mediante una pista o circuito que se puede delimitar en el piso del salón de clases. Esta carrera se hace con la observación de los estudiantes sobre el comportamiento del robot, como sus giros y frenos, gracias a sensores seguidores de línea, de sonido o de luz. El funcionamiento de los sensores sirve de puente o ayuda para que el estudiante pueda observar fenómenos físicos y matemáticos de una manera lúdica y, lo que es más importante, efectiva.

Dentro de este espíritu y dinámica de trabajo, en nuestra investigación se adelantaron unos talleres de robótica básica en zonas de influencia de la minería, en los que con ayuda de kits básicos y económicos (desarrollados por el grupo de investigación utilizando materiales de reciclaje), y trabajando en grupos, los estudiantes construyeron sus propios robots mientras aprendían los conceptos básicos, como electrónica, mecánica e informática, y desarrollaban habilidades de trabajo en equipo (ver figura 6).

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Por consiguiente, la transdisciplinariedad de la robótica educativa aporta unos espacios, unas nuevas miradas y unos escenarios que hacen posible la innovación didáctica interdisciplinar. La sociedad actual está exigiendo al sistema educativo el desarrollo de nuevas competencias y habilidades que preparen exitosamente a los estudiantes para la vida, el aprendizaje y el trabajo (ver figura 7).

El propósito de la robótica educativa no es necesariamente enseñar a los estudiantes a convertirse en expertos en robótica, sino más bien, como señalan diversas investigaciones y autores, favorecer el desarrollo de competencias que son esenciales para el éxito en el siglo XXI, como la autonomía, la iniciativa, la responsabilidad, la creatividad, el trabajo en equipo, la autoestima, la ciudadanía, la ética y el interés por la investigación (ver figura 8).

Otro aspecto de la robótica educativa que es necesario considerar es su capacidad de fomentar el interés por vocaciones científicas, creándoles a los estudiantes una visión de la ciencia y la tecnología atractiva y dinámica. La utilidad didáctica que puede proporcionar la robótica educativa es amplia. Al ser una herramienta versátil, admite diversas formas de utilización según los objetivos y la asignatura, valorándose especialmente por permitir a los profesores y a los estudiantes modificar su contenido y adaptarlo a sus necesidades concretas (ver figuras 9, 10 y 11).

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Galería de fotos

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Niño minero. Imagen del Investigador.

Experimento básico. Sistemas integrados. Imagen del Investigador.

Robótica Educativa. Imagen del Investigador.

Taller de Robótica. Imagen del Investigador.

Taller de desarrollo de competencias. Imagen del Investigador.

1 Capacitación.Imagen del Investigador.

Taller de Robótica. Imagen del Investigador.

Kit básico. Imagen del Investigador.

Interaciones que permite la Robótica Eduactiva. Imagen del Investigador.

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Galería de fotos

10 11Interaciones que permite la Robótica Eduactiva .Imagen del Investigador.

Interaciones que permite la Robótica Eduactiva. Imagen del Investigador.

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REFERENCIASAgencia de Noticias UN (2010), Altos niveles de mercurio infectan la minería aurífera [en línea], Disponible en: http://www.agenciadenoticias.unal.edu.co/detalle/article/altos-niveles-de-mercurio-infectan-la-mineria-aurifera.html

Gobernación de Antioquia (2008), Potencial minero antioqueño. Visión general. Banco de Iniciativas Regionales para el Desarrollo de Antioquia. Edición 1, noviembre de 2008 [en línea], Disponible en: http://antioquia.gov.co/antioquia-v1/PDF/potencial_minero_de_antioquia.pdf

González, J.; Jiménez, J. (2009), La robótica como herramienta para la educación en ciencias e ingeniería, Revista Iberoamericana de Informática Educativa. IE Comunicaciones N.º 10, Julio - Diciembre 2009, pp 31-36 [en línea], Disponible en: http://www.doredin.mec.es/documentos/01220103007465.pdf

González, J.; Jiménez, J.; Ramírez, J. (2011), Sistema modular de robótica colaborativa aplicado en educación, Revista Facultad de Ingeniería. Universidad de Antioquia N.º 58, pp. 163-172 [en línea], Disponible en: http://www.scielo.unal.edu.co/scielo.php?script=sci_arttext&pid=S0120-62302011000200017&lng=es&nrm=

Jiménez, J.; Ramírez, P.; Rendón, A.; López, L. (2010), Experiencia socio-pedagógica responsable en educación como aporte al desarrollo de las regiones. En: Memorias Reunión Nacional ACOFI (Asociación Colombiana de Facultades de Ingeniería). El compromiso de las facultades de ingeniería en la formación, para el desarrollo regional, Colombia, 2010.

López, Néstor Alonso (2010), La “peste” plateada que ataca a los pueblos del oro en Antioquia. El Tiempo, 20 de octubre [en línea], Disponible en: http://www.eltiempo.com/colombia/antioquia/la-peste-plateada-que-ataca-a-los-pueblos-del-oro-en-antioquia_8165001-4.

____(s.f.), No a la mina [en línea], Disponible en: http://encuentromegaproyectosymineria.blogspot.com/2011_11_01_archive.html.

Ruíz Pérez, Gimena. Novedoso sistema de aprendizaje se basa en las emociones. UN Periódico Nro. 160. Agencia de Noticias Universidad Nacional de Colombia. ISSN 1657-0987 Pág. 17, Colombia, 2012. Disponible en: http://www.unperiodico.unal.edu.co/uploads/media/UNPeriodico160.pdf

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