26 diciembre, 2023 Usuario Becarias

Laboratorios remotos en educación en Ingeniería

Nuestros objetivos

En este proyecto esperamos alcanzar los siguientes objetivos que atienden a necesidades vigentes de la educación en Ingeniería (más información disponible aquí):

  • Definir el aporte del proyecto al desarrollo de competencias del estudiantado y promover el aprendizaje activo desde los primeros años de carrera de Ingeniería.
  • Desarrollar un LR que atienda una necesidad educativa específica de una de las asignaturas de Ciencias Básicas y que pueda ser replicado (tecnológica y metodológicamente) para otras asignaturas y en otras unidades académicas (a completar durante 2024).
  • Realizar una revisión sistemática sobre el uso educativo reciente de LR en Argentina para identificar fortalezas y áreas de vacancia a las que se pueda contribuir (a completar durante 2024).

Laboratorios remotos en educación en Ingeniería

En Laboratorios remotos para alumnos de ingeniería se define que: "un laboratorio remoto brinda la posibilidad de realizar experimentación a distancia, en un grado semejante a la interacción física"

La utilización de los LR como estrategia para innovar la educación en Ingeniería toma fuerza en Argentina, ya antes de la pandemia mundial. Así, en el marco del CONFEDI, surge la idea del Laboratorio Nodo "especializado en algún tipo específico de actividad de formación experimental se basa en la optimización de los recursos y recoge la experiencia de cada unidad académica. De esta forma, se evita que todos los centros educativos repliquen idénticas prácticas y que cada uno se aboque a aquellas donde presenta mayores fortalezas y poder volcar con mayor éxito su capital humano y sus recursos económicos."

La publicación de CONFEDI Laboratorios de acceso remoto innovando en educación superior define la iniciativa Red Argentina Colaborativa de Laboratorios de Acceso Remoto, CONFEDI R-Lab presentada a la Secretaría de Políticas Universitarias en 2020 y, en 2021, se conforma la Red Argentina Colaborativa de Laboratorios de Acceso Remoto.

Diversas plataformas e iniciativas brindan acceso a universidades al uso de laboratorios remotos y virtuales. Tal es el caso de Labsland, Laboratorios RELLE y PhET Interactive Simulations (entre otras).

Laboratorio remoto: Verificación Ley de Hooke

Destinatarios

Estudiantes de la asignatura Física (Ciencias Básicas) de todas las carreras de Ingeniería de la UTN.BA.

Habilidades y competencias a promover

El proyecto se realiza en la asignatura Física (Ciencias Básicas), se espera que sus destinatarios puedan desarrollar, en un nivel básico, las siguientes competencias de egreso genéricas y políticas-sociales-actitudinales definidas en los nuevos estándares de acreditación. Se espera también que esta iniciativa contribuya al desarrollo del rol activo y el pensamiento crítico de sus destinatarios.

  1. Identificar, formular y resolver problemas de ingeniería.
  2. Utilizar de manera efectiva las técnicas y herramientas de aplicación en la ingeniería.
  3. Comunicarse con efectividad.
  4. Aprender en forma continua y autónoma.

Descripción general

Los/as estudiantes de la asignatura Física desarrollarán las mencionadas competencias a partir de:

  • Estudiar la dependencia funcional entre el alargamiento de un resorte y el valor de la fuerza que se le aplica.
  • Obtener el valor y unidad de la constante elástica de un resorte (k).
  • Determinar el peso de un cuerpo desconocido.
  • Analizar críticamente y discutir (individual y grupalmente) la diferencia entre los valores obtenidos de manera teórica o en pizarrón y los resultados obtenidos a partir de la realización del experimento.

Ley de Hooke

Lifeder. (25 de mayo de 2020). Ley de Hooke: fórmulas, ejemplos, aplicaciones, ejercicios. Recuperado de: https://www.lifeder.com/ley-de-hooke/.

Se propone que el LR se integre en la siguiente secuencia didáctica cuyos propósitos son 1) abordar la temática propuesta en la asignatura Física, 2) incentivar el aprendizaje activo y centrado en el estudiante, y 3) promover el desarrollo de las mencionadas competencias de egreso de las carreras de Ingeniería. 

  1. El docente desarrolla en el aula (presencial, virtual o híbrida) los aspectos teóricos de la Ley de Hooke.
  2. El estudiantado realiza los ejercicios prácticos propuestos sobre el tema utilizando la guía de la asignatura o en el pizarrón para obtener los valores teóricos.
  3. El docente se conecta (mediante un navegador web) al LR para realizar el experimento y obtener los valores experimentales.
  4. Las diferencias obtenidas entre los valores teóricos y experimentales son analizadas y discutidas (individual o grupalmente) con la guía y apoyo del docente.
  5. El estudiantado podrá acceder al LR para repetir el experimento fuera del horario de clase.

Descripción y disposición de los elementos de hardware

Esquema LR

 

  • Resortes con diferente constante elástica 
  • 1 juego de pesas de 10x10gr (100gr en total) 
  • 1 juego de pesas con masa total desconocida 
  • Sensor de longitud 
  • Brazos robóticos
  • Placa Arduino Uno 
  • Raspberry PI4
  • Videocámaras
  • Servomotores y módulos joystick
  • Regla milimetrada

Configuración y funcionamiento del LR

  • Los resortes, pesas y regla milimetrada se disponen sobre una pared en ubicaciones predeterminadas.
  • Las cámaras web HD permiten visualizar el LR completo y los resultados de los experimentos.
  • La mini-computadora Raspberry Pi4 orquesta los componentes del LR al ser responsable de: 1) establecer una comunicación bidireccional con la placa Arduino a través de un software de desarrollo propio; 2) conectar las cámaras web HD; 3) ejecutar y brindar acceso web al software web de gestión del LR (desarrollados por el equipo de proyecto).
  • La placa Arduino se encarga de la interacción con los brazos robóticos responsables de la manipulación de los resortes y las pesas. Las instrucciones que ejecuta la placa son determinadas por los usuarios del LR mediante scripts implementados en el software web de gestión del LR y que permite la interacción con una base de datos (envío y recepción de información).
  • La base de datos actúa como repositorio para las instrucciones destinadas al brazo robótico mediante la conexión de la Raspberry Pi que recupera dichas instrucciones y las transfiere a la placa Arduino.
  • La interface del usuario del software web de gestión (de desarrollo propio) permitirá el registro de docentes y estudiantes en el LR y su operación mediante la selección del resorte y las pesas a utilizar en el experimento y visualizar los resultados experimentales mediante las cámaras web. El diseño lógico del software de gestión del LR se orienta a permitir que sea utilizado en diversos LR.
  • Se prevé el uso de sensores para medir el estiramiento en cada resorte y graficarlo en la interface del LR.

Equipo de proyecto 

Este proyecto fue realizado por un equipo multidisciplinario de profesionales y estudiantes universitarios comprometidos con su desarrollo y con el aporte a una mejor enseñanza de la Ingeniería en Argentina. 

Directores:

  • Dr. Ing. Uriel Cukierman
  • Mgr. Juan María Palmieri

Docente especialista y asesor:

  • Prof. Sergio Silvestri

Becarias Estudiantes:

Becario desarrollo multimedia:

  • León Quintanilla

Más información sobre el proyecto

El objetivo central de esta iniciativa es facilitar la adquisición de competencias clave para resolver problemas reales y fomentar el pensamiento crítico entre los estudiantes de ingeniería. La presencia de actividades experimentales que permitan el contraste entre la teoría y la práctica se establece como una prioridad, especialmente en el ámbito de la Física. Este proyecto se enfoca en diseñar y desarrollar el LR para estudiantes de los primeros años de ingeniería, con el propósito de enriquecer su formación académica y promover el aprendizaje significativo mediante la aplicación práctica de los conocimientos teóricos.

¿Qué necesidad educativa abordamos?

La sociedad demanda profesionales de Ingeniería que sean capaces de resolver problemáticas complejas en entornos cambiantes e inciertos. Para responder a esta demanda resulta fundamental que, a lo largo de su formación académica, los estudiantes desarrollen las habilidades y los conocimientos que les permitan responder a necesidades específicas. Así también, promover su rol activo en el proceso de aprendizaje y desarrollar el pensamiento crítico desde el inicio de la carrera. 

Incluir actividades experimentales que permitan contrastar la teoría y la práctica ya en las materias básicas puede ser un avance significativo en esta dirección. A partir de estos experimentos sobre Física, en particular sobre la verificación de la Ley de Hooke, se espera poder obtener evidencias de las desviaciones entre los resultados teóricos (calculados) respecto de los resultados reales (obtenidos en mediciones experimentales) para una actividad práctica específica. 

Desde este abordaje, se propone que los LR contribuyen a promover el análisis, el pensamiento crítico y la discusión entre estudiantes, quienes con la guía de sus docentes, analizarán las variables que influyen en las desviaciones teóricas y experimentales obtenidas. A partir de resultados que se obtengan respecto al uso de los LR y los aprendizajes de los/as estudiantes, se considera la posibilidad de replicar las estrategias y metodologías para desarrollar otros LR que aborden otros aspectos de la Física o Química.

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