Integración de las placas programables para la enseñanza de programación y robótica.

En el mundo de la educación tecnológica, las placas de programación se han convertido en herramientas esenciales para enseñar a los estudiantes los fundamentos de la programación y la electrónica. En este artículo, nuestro colaborador José Joel Sánchez, describe detalladamente los diferentes tipos de placas de programación diseñadas específicamente para la enseñanza, explorando sus características y beneficios educativos.

El pensamiento computacional, la robótica y la programación en el ámbito educativo

Actualmente, el pensamiento computacional es reconocido como una habilidad básica, comparable con la lectura, la escritura y las matemáticas. Se considera esencial para la alfabetización en el siglo XXI, indispensable para el desarrollo integral de los estudiantes en una sociedad cada vez más digitalizada.

Por este motivo el pensamiento computacional y la programación están adquiriendo una importancia creciente y se están integrando en la enseñanza en las aulas. Estos enfoques son fundamentales para los estudiantes y ciudadanos digitales, ya que no solo consolidan habilidades técnicas, sino también de procesos de construcción mental y desarrollo del pensamiento lógico a través de diversas disciplinas. 

Dentro de este contexto podemos analizar la robótica y su integración en el campo educativo y entenderla como una convergencia entre enfoques pedagógicos y elementos tecnológicos que se centran en el desarrollo de nuevas habilidades (Ferrada, et al, 2021). 

La robótica se está convirtiendo en una de las herramientas tecnológicas más utilizadas en la educación, pues ayuda a los estudiantes a aprender programación y a desarrollar el pensamiento computacional mediante actividades educativas.

La “robótica educativa” está estrechamente vinculada al desarrollo del pensamiento computacional. A través de la robótica, los estudiantes pueden aplicar conceptos de programación y lógica en un entorno práctico y tangible, lo que facilita su comprensión y aprendizaje. 

De acuerdo a las teorías pedagógicas, como el constructivismo, el aprendizaje de la robótica debe ser interactivo, colaborativo y basado en interacciones del mundo real para permitir que los estudiantes construyan su conocimiento. 

Al hacer esto, los estudiantes pueden desarrollar habilidades como la resolución de problemas, pensamiento crítico, trabajo en equipo y prepararse para tener éxito en cualquier campo que elijan en el futuro.

Placas programables diseñadas para la enseñanza de robótica y programación

Makey Makey

Es un dispositivo de interfaz simple que permite conectar varios materiales para la conducción de electricidad. Su nombre proviene de «Make + Key», que significa «crear una llave», y tanto niños como niñas pueden usarlo (Calleja et al. 2015). Este dispositivo, actualmente reúne a una comunidad de colaboradores que trabajan en una variedad de proyectos y eventos con el que se pueden crear diseños creativos y videojuegos. 

Esta placa programable se puede encontrar en dos presentaciones a modos de kits, tales como Makey Makey Classic y STEM Pack. Para poder obtenerlos se tiene que acceder a la tienda oficial en línea: http://makeymakey.com/.

Este sitio web oficial detalla las características de los dos kits. El primer kit de Makey Makey Classic tiene cables conectores y pinzas de cocodrilo, mientras que el segundo kit incluye 12 Makey Makey Classic más una variedad de piezas adicionales.

Los proyectos que se pueden realizar con esta placa programable son variados, desde conectar una banana y convertirlo en un mando, hasta crear controles para juegos de diversas formas e idear innumerables inventos. No se necesita conocimiento de programación ni instalar ningún software, solo tienes que conectar los cables al mando y materiales; y tendrás tu propio mando de juego.  

Makey makey ofrece una gran variedad de opciones para trabajar con su interfaz, que está compuesta con los siguientes elementos: 

• Cable USB: que permite conectar la placa Makey Makey a una computadora.
• Placa Makey Makey: que contiene las teclas que controlan el objeto con el que se quiere hacer alguna interacción.
• Botones: estás se encuentran en la parte posterior del Makey Makey Classic y son: Key Out, Ms out, Reset y una conexión adicional.
• En la parte inferior se encuentran los espacios para la conexión a tierra.
• Pinzas de cocodrilo para la conexión del elemento conductor de electricidad.

Los conductores de electricidad pueden usar una variedad de materiales, como agua, limones, plátanos, salsa de tomate, lápiz de grafito, pintura, monedas, papel de aluminio, entre otros. 

El material solo debe tener la capacidad de transmitir una pequeña cantidad de energía eléctrica. Otra de las ventajas que presenta es que, debido a que funciona con cinco voltios, el dispositivo no presenta riesgos.

El software es fácil de usar y existe una variedad de proyectos que se encuentran a través del sitio web de la comunidad. La capacidad de codificar programas de computadora para el Makey Makey se logra muy fácilmente con programas como Scratch que utilizan bloques visuales para su programación, y pueden crear sus propios juegos, historias interactivas y animaciones. 

Sin duda, Makey Makey es una buena opción para iniciar en el mundo de la programación a través de su interfaz, donde los niños de los primeros grados de primaria pueden convertir cualquier tipo de material en un mando que puede realizar lo que ellos imaginen. 

Si deseas conocer más sobre este tipo de placas pueden visitar el siguiente enlace: Uso de placas Makey Makey en tus sesiones de clase

Arduino

Este dispositivo nació en el año 2005 en el instituto de diseño Ivrea de Italia. La idea principal era tener una placa para usar en las aulas y sobre todo de bajo costo. En un inicio se fabricó para uso interno del instituto, sin embargo, tras el cierre del instituto en el mismo año, no se quiso perder el proyecto y se decidió liberarlo al público en general, con el fin de que tengan una participación en la evolución del proyecto (Sandoval, sf). 

Arduino es considerado un proyecto y no un modelo de placa, porque lo puedes encontrar de varias formas y tamaños, y esto va a depender del tipo de proyecto que quieras realizar.  Es una plataforma de hardware libre de código abierto que se basa en una placa de circuito básica impreso y un microcontrolador de la marca «ATMEL», este proporciona entradas y salidas analógicas y digitales en un entorno de desarrollo basado en un lenguaje de programación de procesamiento. 

El control, los sensores, las alarmas, los sistemas de luces, los motores, los sistemas de comunicaciones y los actuadores físicos se conectan al mundo digital o al mundo analógico.

Las placas Arduino también simplifican el proceso de trabajo con microcontroladores, pero ofrecen algunas ventajas para profesores, estudiantes y aficionados. A continuación, algunas características importantes a considerar en estos sistemas:

• Económico: las placas Arduino son económicas en comparación con otros microcontroladores. La versión más económica es el Arduino nano.
• Multiplataforma: el software Arduino (IDE) funciona en los sistemas operativos Windows, Macintosh OSX y Linux. 
• Entorno de programación simple y claro: Arduino (IDE) es fácil de usar para los que inician en este mundo, pero bastante flexible para que los usuarios más avanzados puedan aprovechar las bondades del microcontrolador.
• Software de código abierto y extensible: el software se publica como código abierto, y está disponible para que los programadores experimentados puedan ampliarlo de acuerdo a la complejidad del proyecto, además, cuenta con bibliotecas C++ para importar frameworks o recursos para implementar en el código.

Arduino cuenta con un hardware potente al que se le pueden conectar tanto sensores como actuadores. Este circuito electrónico tiene una memoria programable que es capaz de ejecutar las órdenes programadas a través de un entorno de desarrollo integrado o IDE en la computadora (Revuelta, et al, 2016).

Esta placa programable se convierte en una opción ideal por su fácil manejo de hardware y su aplicación inmediata en proyectos de computación física enfocados a trabajar con componentes electrónicos o robóticos.   

BBC Micro:bit

Micro:bit es una pequeña placa diseñada por la cadena de televisión BBC en 2016. Es un proyecto que se basa en desarrollar el uso y el entendimiento de las computadoras en los niños. David Braven, el que inició la idea del proyecto, afirma que el objetivo principal es que los niños comprendan cómo funciona una computadora de forma divertida, haciendo que desarrollen propuestas para ampliar con dispositivos creados por ellos mismos.

En esta propuesta también tuvieron participación un grupo de profesores y académicos de la informática con el fin de crear una computadora que pueda incentivar a los niños a aprender, a construir nuevas cosas y programar (Marí, 2017).

Las características principales de esta placa programable son sus dimensiones, con un tamaño de 4,2 cm x 5,1 cm son manejables incluso por un niño de 7 años, además cuenta con accesorios adicionales que potencian el trabajo creativo. 

Tiene un entorno de programación gráfica en la web llamada Makecode, que cuenta con una interfaz intuitiva y adecuada para el acercamiento de los estudiantes al mundo de la programación. 

El trabajo con esta placa se divide en 2 acciones, la primera es la codificación en el entorno Makecode mediante bloques de programación, y la segunda es la descarga del código a la placa física para verificar el funcionamiento de lo programado. 

Para el aprendizaje de Micro:bit, la propia web cuenta con actividades progresivas que se adaptan a cualquier edad y despiertan el interés a través de sus proyectos prácticos. Cada actividad tiene un tutorial que sirve como una guía de paso a paso para realizar la programación y luego, ejecutar el código. 

Además, Makecode cuenta con una visor emulador del Micro:bit físico que permite ver el funcionamiento del código antes de descargarlo a la placa física, de esta manera, se puede corregir errores en el código.

Revisando un panorama internacional, Micro:bit ha sido utilizada para la introducción del pensamiento computacional en varios países de Europa, como es el ejemplo de España, donde se ha introducido en su currículo educativo un modelo de aprendizaje competencial y transversal con el uso de las Tecnologías de la Información y las Comunicaciones (TIC) en todas sus etapas, incluyendo la educación inicial. 

En este currículo existe un apartado de competencias digitales que incluye la creación de contenidos multimedia y programación, relacionados a competencias claves como son la resolución de problemas, la capacidad de analizar, la creatividad, el pensamiento crítico y la capacidad de aprender a aprender. 

Todo esto se desarrolla de forma transversal en las distintas materias de los niveles educativos de primaria y secundaria. El uso de Micro:bit, es una integración importante dentro de este marco educativo, porque es una herramienta que permite trabajar el pensamiento computacional a través del desarrollo de habilidades como la programación, el diseño de algoritmos y la resolución de problemas, considerados como parte de un proceso progresivo (Moreno-Navarro y Moriche, 2024).   

Descripción del microcontrolador

En la figura 5, se puede observar mediante las imágenes el aspecto físico de la placa BBC Micro:bit. Se aprecia tanto la parte delantera y trasera de la placa. 

Como se observa en la primera figura, parte delantera, Micro:bit tiene en la parte delantera dos botones con las letras A y B para interactuar con la placa. Además, cuenta con una matriz de 25 leds, ordenadas en 5 filas por 5 columnas, y un micrófono indicador para la detección de sonidos. Dispone de 25 conectores pins en el borde de la placa, entre pequeños y grandes. 

La conexión hacia los pins grandes se puede realizar a través de pinzas cocodrilos y su uso es relativamente fácil con dispositivos externos a la placa Micro:bit como leds, protoboard, sensores, actuadores, etc. 

En la segunda figura, parte trasera, se muestra un botón de reset para reiniciar la programación en el Micro:bit. Tiene también un puerto mini usb para realizar la conexión hacia la computadora y alimentar de energía a la placa, asimismo, sirve para descargar la programación de la aplicación web Makecode. 

Cuenta con una antena de radio para enviar mensajes o datos numéricos a otro Micro:bit y un mini parlante para reproducir los sonidos que se pueden agregar desde la programación, además, de proporcionar un socket de batería para alimentarlo mediante un portapilas 2xAA.       

Micro:bit conecta con una plataforma versátil llamada Makecode.microbit.org, que puede trabajar con distintos lenguajes de programación, entre ellos tenemos la programación por bloques, que en la interfaz lo diferencia por colores haciendo que la experiencia de uso sea atractiva para los niños que inician con la programación. 

Otro lenguaje de programación que está disponible para su uso en la aplicación web es Java Script, que al desplegar sus opciones permite visualizar el código escrito y puede controlar el hardware de la placa. Por último, también se tiene disponible el lenguaje MicroPython que es una versión simplificada de Python y es fácil de entender.  

Raspberry Pi

Es una computadora reducida y de bajo coste. Fue creada en febrero de 2012 por la Raspberry Pi Foundation con el fin de promover las ciencias básicas de la computación en escuelas y universidades de Reino Unido (RASPBERRY PI, 2024). 

La placa Raspberry Pi es un ordenador que utiliza un sistema operativo basado en Linux, que dispone de sus propias herramientas frente a cada aplicación que se desee instalar. Su arquitectura está centrada en un procesador multinúcleo con memoria compartida entre la CPU y la unidad de procesamiento de gráficos (GPU), puertos USB y mini USB, HDMI y un conector para cámara. 

La fundación promueve principalmente el aprendizaje del lenguaje de programación Python, aunque también es posible trabajar con otros lenguajes como C y C++ (Caballero-Julián, et al,2020).

Raspberry Pi Pico

Estas placas microcontroladoras son potentes y flexibles siendo una gama de placas pequeñas, rápidas y versátiles construidas con el chip microcontrolador RP2040, diseñado por Raspberry Pi en el Reino Unido.

El abanico de opciones de uso es variado y se puede utilizar desde una pantalla de luz y dispositivos IOT (Internet de las Cosas), hasta el poder de controlar innumerables operaciones domésticas, industriales y de pasatiempo. Estás placas son programables con los lenguajes C y MicroPython, dando múltiples opciones para trabajar con aplicaciones por medio de su conexión inalámbrica. 

Raspberry Pi y Raspberry Pico son una opción ideal para proyectos de robótica y domótica aplicados a la educación, haciendo uso de sensores y actuadores permiten ampliar la variedad de actividades destinadas al aprendizaje de la programación y la computación física.    

Conclusiones

El uso de la robótica educativa ha crecido considerablemente, brindando a los estudiantes herramientas valiosas para desarrollar habilidades del siglo XXI. El pensamiento computacional fomenta habilidades como la resolución de problemas, el pensamiento crítico, el pensamiento algorítmico y el reconocimiento de patrones.

Estas competencias no solo permiten la creación de proyectos innovadores, sino que también hacen que los estudiantes se conecten con conceptos tecnológicos de manera accesible y práctica. La amplia variedad de opciones de placas de robótica educativa asegura experiencias significativas y enriquecedoras que potencian el aprendizaje y la creatividad de los estudiantes.

• Las placas Makey Makey son una herramienta sencilla que convierte elementos cotidianos, como frutas o materiales rígidos, en controles de juego con luces y sonidos, facilitando la creación de proyectos interactivos. 

• Las placas Arduino, con sus múltiples opciones de expansión como luces, sensores y actuadores, permiten a los estudiantes manipular dispositivos y realizar actividades de programación con elementos físicos, creando proyectos robóticos. 

• Las placas Micro-bit, con una interfaz fácil e intuitiva, son ideales para introducir a los estudiantes a la programación desde una edad temprana, utilizando bloques de programación diferenciados por colores que muestran resultados inmediatos sin necesidad de enrollarnos con muchos cables. 

• Las placas Raspberry Pi son perfectas para aquellos que quieren aprender programación basada en texto y profundizar en proyectos de IoT (Internet de las Cosas) e incluso pueden usarse como una computadora.

Dependiendo de la complejidad del proyecto que se quiera implementar en el aula, se puede elegir cualquiera de estas opciones. Las actividades con estos microcontroladores brindan a los estudiantes una experiencia de aprendizaje significativa, acercándolos a los lenguajes de programación y la robótica, y preparándolos para un mundo digital y tecnológico.

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Referencias:

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Ferrada Ferrada, C. A., Puraivan Huenumán, E., Silva Díaz, F., y Díaz Levicoy, D. (2021). Robotics applied to classroom in Primary Education: a case in the Spanish context. Sociología y Tecnociencia, 11(Extra_2), 240–259. https://doi.org/10.24197/st.Extra_2.2021.240-259

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Créditos imagen portada: DALL-E