Educational framework using robots with vision for constructivist teaching robotics to pre-university students

Resumen

La Robótica será un área dominante en la sociedad de las próximas generaciones. Actualmente su presencia es cada vez mayor a nivel doméstico, con dispositivos y mecanismos que facilitan la realización de diversas tareas cotidianas; así como a nivel laboral, donde las máquinas van ocupando cada vez más puestos de trabajo. Este aumento en la presencia de sistemas robóticos autónomos en la sociedad es debido a la gran eficiencia y seguridad que ofrecen frente a la capacidad humana, gracias fundamentalmente a la enorme precisión de sus sistemas de sensores y actuadores. Entre estos sensores adquiere especial importancia el de visión; algo que los humanos y los animales tienen muy desarrollado, pero que en Robótica constituye un frente de investigación en constante desarrollo. El principal problema reside en la correcta interpretación de los datos visuales y la extracción de información relevante a partir de las imágenes. La Robótica se convierte así en algo más que un área de la ciencia, sino también en una cuestión social y cultural. Por ello es fundamental crear una conciencia temprana y formar a los estudiantes más jóvenes en adquirir las habilidades que serán más demandadas en el futuro a corto y medio plazo, garantizando así su integración en un mercado laboral dominado por sistemas robóticos inteligentes. Además de tener una elevada capacidad de razonamiento y de toma de decisiones, estos robots incorporan importantes avances en sus sistemas perceptivos, lo que les permite interactuar inteligentemente en los entornos laborales de esta nueva revolución industrial. Desde hace unos años existen en el mercado diferentes kits de Robótica Educativa para su uso en enseñanza preuniversitaria. Para usarlos como herramienta de aprendizaje es necesaria también una correcta formación del profesorado, un cambio en la metodología de enseñanza-aprendizaje y en el entorno educativo en general. Además, teniendo en cuenta que los más jóvenes viven inmersos en un constante entorno de aprendizaje tecnológico, la mayoría de estos kits suelen tener un corto periodo de interés para los estudiantes, que demandan desafíos intelectuales que les resulten motivadores. En esta tesis se proponen varias soluciones a problemas clásicos de la Robótica, como la navegación y la localización, pero empleando una cámara como sensor principal. Asimismo, se presenta un entorno para la docencia de Robótica con Visión como materia a través de la cual los alumnos de niveles académicos preuniversitarios aprenden los principios de la ciencia y la ingeniería y las habilidades de programación de ordenadores tan demandadas por la sociedad actual. El lenguaje Python elegido y los ejercicios de robots con visión, suponen un aporte novedoso único y ventajoso, más potente que otros entornos docentes existentes. Este entorno docente se ha implantado con éxito en varios centros educativos durante los dos últimos cursos académicos (2016/2017 y 2017/2018), incluyendo: infraestructura software, plataforma hardware, currículum académico con contenido teórico y práctico, así como la metodología pedagógica constructivista. Se ha evaluado el rendimiento y la satisfacción de más de 2.000 estudiantes y profesores usando este entorno docente en las asignaturas curriculares de Tecnología, Programación y Robótica} y TICs de Educación Secundaria (ESO), así como en actividades extraescolares.