Procesos de construcción y modelación involucrados en el aprendizaje del modelo cinemático de un brazo de robot de dos grados de libertad en un contexto interdisciplinario

Introducción. Esta ponencia presenta una secuencia didáctica basada en un enfoque construccionista, la cual se llevó  a cabo con cuatro estudiantes del nivel medio superior (preuniversitarios) del Instituto Politécnico Nacional, en México, quienes atendieron el llamado a participar en el programa “Imaginar, experimentar, modelar y construir productos para transformar a los estudiantes en creadores desde un enfoque interdisciplinario”, el cual tiene por objetivo proponer talleres para estudiantes universitarios y preuniversitarios, donde se realicen actividades de larga duración (uno a seis meses) orientadas al aprendizaje a través de la creación de productos interdisciplinarios. La secuencia didáctica que se aborda aquí está orientada a que los estudiantes aprendan acerca del modelo cinemático de un brazo de robot de dos grados de libertad, a través de su modelación matemática y computacional, así como de la construcción y operación física del mismo, utilizando software (Geogebra y LabVIEW), así como tarjetas de adquisición de datos de tipo industrial y servomotores.

Objetivos. Los objetivos de este estudio son: (1) que los estudiantes aprendan y experimenten que la matemática en la vida real no está aislada o fragmentada de otras disciplinas, (2) que ganen experiencia y habilidad en resolver problemas interdisciplinarios (enfoque STEAM), (3) favorecer su entendimiento acerca de la relación que guardan las distintas disciplinas en la resolución de un problema. Para lograr lo anterior (4) se documentaron y analizaron los procesos de experimentación, modelación (matemática y computacional) y construcción que realizaron los estudiantes.

Metodología. Se diseñó e implementó un taller en dónde los estudiantes tomaron el papel de creadores, asumiendo el rol de ingenieros, a los que se les pidió diseñar y construir el prototipo de un robot de dos grados de libertad, cuyo propósito sería la manipulación de objetos dentro de un sistema industrial de clasificación de piezas. Se establecieron tareas agrupadas en actividades de experimentación, modelación (matemática y computacional) y construcción (del producto / robot), las cuales fueron realizadas de manera individual, en pareja y en grupo. Apegándose a los siguientes tres principios: (1) la matemática debe relacionarse y complementarse con otras disciplinas, (2) la interdisciplina en los productos debe construirse con base en ciertas restricciones y (3) el tiempo no debe ser una limitación para la creación.

Resultados. Se llevó un registro de las sesiones a través de grabaciones, además se hicieron entrevistas y cuestionarios en línea para poder definir cómo se llevaron a cabo los procesos recursivos de experimentación, modelación (matemática y computacional) y de construcción. A través de este registro se pudo documentar, cómo a través de la experimentación y construcción del modelo cinemático, los estudiantes pudieron diseñar la zona de trabajo del robot, la cuál sería la base para la construcción del prototipo del robot y la interacción con las demás disciplinas.

Discusión y conclusiones. Se ha implementado la metodología Experimenta – Modela – Construye (EMC) en otros estudios propios, los cuáles han tenido como finalidad construir productos de tipo software (videojuegos) y al igual que aquí, a través de los resultados se pudo observar que la matemática se relacionó con las otras disciplinas en varios niveles de abstracción, a veces de manera implícita y explícita, así como de manera empírica y formal. También se observó que la primera restricción que se presentó en la construcción de los prototipos fue el uso del del software y después el manejo del hardware. El uso de dos herramientas digitales (Geogebra y LabVIEW), al principio, hizo parecer que se complicaría el proceso de construcción y los estudiantes se “perderían” en las diferentes lógicas de programación, pero al final, con tiempo, permitió que los estudiantes pudieran transitar de manera casi natural entre ambas representaciones (virtuales) para después pasar a la representación física. Además, se logró que el tiempo no fuera una limitación, el taller duró tres meses.

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