El proyecto SUCRE4Kids: Una iniciativa de hardware y software libre para la introducción a la programación

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Novática 240: Maletin SucreKit

Resumen

SUCRE4Kids es un proyecto que intenta fomentar la curiosidad y la vocación científica, el pensamiento computacional y la programación en el alumnado de educación secundaria, ciclos formativos y bachillerato. Enmarcado dentro de las competencias STEM, SUCRE4Kids combina el uso de dispositivos inteligentes y componentes electrónicos con la programación visual basada en bloques para la realización de proyectos reales. El maletín de componentes SUCREKit incluye los diferentes dispositivos hardware (microcontrolador, sensores y actuadores) que se ensamblan para dar forma a los proyectos propuestos. La programación del montaje hardware se realiza mediante una herramienta de programación visual basada en bloques, donde cada bloque identifica conceptos de computación y los dispositivos electrónicos del maletín, para así dar funcionalidad al montaje y resolver el proyecto.

Carlos Granell Canut

Instituto de Nuevas Tecnologías de la Imagen (INIT)

Novática 240: Carlos Granell

Carlos Granell es actualmente investigador en Ramón y Cajal en el grupo GEOTEC (Gesspatial Technollgies) de la Universitat Jaume I de Castellón. Sus líneas de investigación se centran en la aplicación multidisciplinaria de los Sistemas de Información Geográficos (SIG), el análisis y visualización espacial, la reproducibilidad en la investigación, y el tratamiento de contenido y datos geográficos generados por los usuarios en proyectos de ciencia ciudadana. Comunicador de la ciencia y en el laboratorio, geo-científico.

Sergio Trilles Oliver

Universitat Jaume I (Castelló de la Plana)

Novática 240: Sergio Trilles

Sergio Trilles es investigador en el ámbito de los Sistemas de Información Geoespacial (GIS), amante de la tecnología. Tiene experiencia en diferentes campos de las ciencias geoespaciales, como el geoprocesamiento, la interoperabilidad, los sensores o el mapeado web. Recibió su doctorado en Integración de la información geoespacial por la Universidad Jaume I en 2015 con la calificación de sobresaliente Cum Laude. Ha realizado diferentes estancias internacionales, en la que destaca su periodo de cuatro meses en la unidad de Digital Earth and Reference data en el Centro Común de Investigación (JRC) de la Comisión Europea. Actualmente, es investigador postdoctoral en el grupo GEOTEC (Universitat Jaume I) y docente en la Universidad Isabel I.

 

1. Introducción

En un reciente informe sobre la situación de los estudios en informática en Europa [9], donde se compara la mayoría de los países europeos en cuanto a número de estudiantes en carreras relacionadas con las ciencias de la computación e informática, España no aparece destacada en las primeras posiciones. Se observa una tendencia decreciente sostenida entre los años 2011-2016, lo cual resulta especialmente preocupante si tenemos en cuenta que la ratio de estudiantes en informática por millón de habitantes es de por sí bajo en nuestro país [9].

Este informe deja entrever que la demanda y la oferta de profesionales en estudios relacionados con la informática no se ajusta, sobrepasando de largo la demanda a la oferta existente. Lejos de reducirse, ese desajuste se estima que irá en aumento, con el potencial riesgo de convertir la informática en Europa en una profesión de “cuello de botella” en los próximos años. Para 2025, se estima un incremento del 13% en la demanda de profesionales relacionados con competencias STEM (ciencia, tecnología, ingeniería y matemáticas) [5]. Contrariamente, según la OCDE (Organización para la Cooperación y el Desarrollo Económicos), los estudiantes de secundaria de hoy – que serán los profesionales de mañana – presentan destrezas desiguales en sus niveles de conocimiento en Ciencias y Matemáticas, ocupando España, posiciones medias-bajas en sus resultados.

SUCRE4Kids tiene como objetivo principal el fomento de la curiosidad y las vocaciones científicas en alumnado de secundaria, ciclos formativos y bachillerato mediante la promoción del pensamiento computacional y la programación.

El panorama actual no ayuda en absoluto a la promoción de los estudios de informática entre los estudiantes pre-universitarios, que es el público objetivo de nuestro proyecto. SUCRE4Kids [14] tiene como objetivo principal el fomento de la curiosidad y las vocaciones científicas en alumnado de secundaria, ciclos formativos y bachillerato mediante la promoción del pensamiento computacional y la programación. En un artículo anterior pusimos el foco en cómo llevamos a la práctica el proyecto en las aulas para transformar el aprendizaje de la programación en una actividad social y tangible, capaz de captar la curiosidad y atención de los estudiantes [8]. En este artículo, nos centramos en los elementos científico-técnicos que definen el proyecto SUCRE4Kids, tanto en la parte hardware como software.

Tras esta introducción, la segunda sección (Sección 2) muestra los conceptos sobre los que se asienta el proyecto SUCRE4Kids. Seguidamente, la Sección 3 describe los detalles científico-técnicos del proyecto. Luego, en la Sección 4 relatamos brevemente las experiencias de los estudiantes con SUCRE4Kids. Finalmente, se cierra el artículo con una comparación del proyecto SUCRE4Kids con otras iniciativas similares, junto con las conclusiones finales y trabajo futuro.

2. Conceptos relacionados

En esta selección se detallan los tres conceptos clave del proyecto: componentes de hardware abierto, programación visual por bloques y las prácticas y competencias que definen el pensamiento computacional.

2.1 Componentes hardware libre

Desde hace más de dos décadas, el movimiento de hardware abierto o libre, ha entrado en escena. Análogamente al movimiento de software libre [4], el hardware libre pone al alcance de la comunidad dispositivos y componentes que son relativamente fáciles de usar, modificar y de compartir y distribuir las mejoras realizadas. La contribución a la comunidad se realiza mediante la aportación de los ficheros que definen el diseño y la especificación de cada uno de sus componentes, como esquemas, PCB, etc. Dependiendo de la naturaleza de los desarrollos hardware, estos se pueden clasificar en:

  • Hardware estático. Es la parte tangible del desarrollo, está compuesto de los pequeños componentes electrónicos que forman el ensamblaje electrónico. Ejemplos de ellos son tarjetas de circuito impreso, resistencias, capacitores, LEDs, sensores, etcétera. También se incluye dentro de esta categoría el circuito esquemático e información del diseño y de sus componentes y su documentación.
  • Hardware reconfigurable. A diferencia del estático, no es apreciable a primera vista. Se describe mediante un HDL (Hardware Description Language). Similar al software, permite definir y especificar la funcionalidad que tendrá el hardware. El resultado son ficheros que contienen el código fuente para el funcionamiento del dispositivo electrónico.

Arduino1 es posiblemente uno de los desarrollos de hardware más extendidos y que cuenta con la mayor comunidad de usuarios. Arduino ha sido la plataforma abierta por excelencia y cuenta con centenares de modificaciones sobre el desarrollo original. Su éxito recae en la facilidad para la construcción de prototipos y el bajo coste que ofrecía en sus inicios frente a otras soluciones propietarias. Además, Arduino es muy versátil ya que puede comunicarse e interaccionar con una gran gama de dispositivos y/o sistemas electrónicos externos, como sensores, actuadores, sistemas de comunicación, etc. formando el núcleo de la iniciativa SUCRE4Kids.

2.2 Programación por bloques

La programación por bloques es una forma de programación visual que no requiere escribir líneas de código. Cada bloque representa un concepto básico de programación (bucles, condicionales, asignación de variables, etc.). La codificación de un programa se realiza arrastrando bloques y uniéndolos a los existentes de forma que sigan el orden adecuado para la finalidad requerida. Se suele utilizar códigos de colores para identificar el tipo de instrucción de un bloque, ya sea una instrucción de control de flujo, asignaciones u operadores, entre otros. El hecho que no se escriben líneas de código facilita que no existan errores de sintaxis, por lo que reduce su complejidad y lo hace apto para un público adolescente carente en su mayoría de experiencia con la prácticas y conceptos de la programación.

Existen varias iniciativas relacionadas con la programación visual basadas en bloques [2], como la veterana Scratch [11], MIT App Inventor [10], y el proyecto de código abierto de Google Blockly [6]. Ésta última ha sido la elegida para desarrollar la propuesta que se presenta, debido a que es de código abierto y altamente extensible y personalizable.

2.3 El pensamiento computacional y la cultura maker

El pensamiento computacional [15] engloba las habilidades necesarias para la resolución de problemas mediante competencias como la descomposición, diseño de algoritmos y razonamiento lógico. Mediante el estudio de múltiples experimentos de programación con Scratch, Brennan y Resnick [4] propusieron 7 conceptos computacionales (secuencia, bucles, eventos, paralelismo, condicionales, operadores y variables/datos) y cuatro prácticas (experimentación iterativa, testing y debugging, reutilización y remezcla, abstracción y modularización). Los continuos avances tecnológicos conllevan irremediablemente un cambio hacia estos conceptos y habilidades computacionales que son necesarias en el desarrollo de muchas profesiones. El estudiantado, así como también el profesorado [1], deben conocer y afianzar estas nuevas competencias y habilidades computacionales ya que, de una u otra forma, estarán presentes en las profesiones del futuro. SUCRE4Kids tiene en cuenta además de potenciar, unos más que otros, los conceptos y prácticas computacionales anteriores.

El pensamiento computacional engloba las habilidades necesarias para la resolución de problemas mediante competencias como la descomposición, diseño de algoritmos y razonamiento lógico.

A parte de fomentar el pensamiento computacional, SUCRE4Kids pretende familiarizar al alumnado con la tecnología relacionada con dispositivos electrónicos y con el movimiento maker. El bajo coste de estos dispositivos electrónicos, unido a la creatividad y el afán de compartir conocimiento, que es una de las características de la cultura maker, está democratizando el uso creativo de esta tecnología para fines comerciales y personales, permitiendo que cualquier persona pueda diseñar y fabricar sus propios dispositivos inteligentes. De forma similar a Cubelets2, MOSS3 o LittleBits4, se da importancia a lo tangible, para que el alumnado pueda tocar y conectar, despertando un interés y conexión con el objetivo final, además de aprender a programar en definitiva [3].

3. La iniciativa SUCRE4Kids

El proyecto SUCRE4Kids combina el uso de dispositivos inteligentes y componentes electrónicos con la programación visual por bloques para la realización de proyectos reales.

En esta sección describimos los objetivos didácticos, elementos técnicos y materiales que lo forman. Intentamos que los estudiantes experimenten, que “aprendan haciendo” [13], fomentando que las sesiones sean abiertas, participativas y basadas en el trabajo colectivo. Pero sobre todo buscamos que SUCRE4Kids estimule su interés, curiosidad y agrado en el aprendizaje de la programación cuando lo que se programa, lo que se aprende haciendo, es un proyecto que realmente les importa.

3.1 El maletín SUCREKit

El maletín de invención SUCREKit (figura 2) contiene diferentes componentes electrónicos de hardware libre, los cuales se ensamblan para dar forma a una serie de proyectos propuestos, aunque también pueden ser ensamblados y combinados de múltiples formas, según la idea de proyecto del propio estudiante.

Figura 2: Fotografía general del maletín SucreKit y todos sus elementos.

El maletín incluye componentes electrónicos que recrean las mismas partes funcionales de un ordenador convencional: un núcleo y dispositivos de entrada y salida (E/S). El núcleo (microcontrolador y buses) está formado por un Arduino (figura 3) y un Shield (figura 4), llamado Grove, que facilita las conexiones de los dispositivos de E/S al núcleo.

Por lo referente al shield Grove, ofrece 16 conectores donde se conectan de forma fácil, con un click, los sensores y actuadores. De los dieciséis conectores, cuatro son analógicos, siete digitales, uno UART (Universal Asynchronous Receiver-Transmitter) y cuatro I2C (Inter Integrated Circuits).

Figura 3: Arduino Uno.

 

Figura 4: Shield grove.

Los sensores actúan de dispositivos de entrada de datos y los actuadores de salida de datos. Cabe destacar que las E/S pueden ser digitales o analógicas. Los sensores (entrada) sirven para capturar una variable del entorno, obteniendo como resultado un valor cuantitativo o cualitativo. En general este tipo de sensores son analógicos. Concretamente, el maletín SUCREKit incluye (figura 5):

  • Sensor de humedad. Sirve para medir el nivel de humedad del suelo. Puede ser utilizado para conocer si una planta necesita ser regada. Devuelve un valor de 0 a 950, el cual se divide en tres umbrales para determinar los tres estados, seco (0-300), húmedo (300-700) y necesita agua (700-950).
  • Sensor de luz. Capaz de indicar la cantidad de luz que hay en una estancia dada. Puede ser utilizado para detectar si hay poca o mucha luz y entonces apagar y encender una bombilla. El sensor tiene un rango de valores de 0-750, el cual es dividido en dos umbrales para determinar si puede considerarse un espacio sin luz (0-50) o con luz (50-750).
  • Sensor de proximidad. Captura la distancia entre el propio sensor y un objeto próximo. Puede ser utilizado como un sensor de niveles por colores para determinar la distancia entre dos objetos. El sensor devuelve valores en unidades de centímetros de 10 a 80 cm.
  • Sensor de sonido. Sirve para medir el nivel de ruido dentro de una estancia. Puede ser utilizado para conocer si hay gente en un ambiente. El sensor devuelve valores de 0-1023, el cual ha sido divido en 2 umbrales diferentes. De 0 a 500 se considera un ruido normal i de 500 a 1023 un ruido alto.

Los actuadores (salida), que toman como entrada un valor para realizar un tipo de actuación, son componentes digitales. El maletín incluye estos dos actuadores:

  • Barra de leds. Está formado de nueve barras de led que son capaces de encenderse o apagarse de forma individual. Una posible utilización del actuador es darle el uso de indicador de batería restante o utilizarlo para conocer la distancia de un objeto. El rango de valores de entrada es de 0 a 9.
  • LED multicolor. Se componen de un LED que va tomando colores de forma aleatoria. Puede utilizarse para indicar un estado de apagado o encendido. Sus valores de entrada son 0 (apagado) o 1 (encendido).
Figura 5: Diferentes sensores y actuadores incluidos en el maletín SUCRE4kids.

Además del núcleo y los sensores/actuadores, el maletín también contiene un cable USB tipo-B para realizar la comunicación Arduino-PC para poder enviar el código del programa al microcontrolador. El precio total de todos los componentes electrónicos asciende a 42,37 €.

La tabla 1 resume el coste de cada uno de los componentes que se incluyen en el maletín.

Componente Tipo Características Precio
Arduino UNO Núcleo Microcontrolador con E/S 21,37 €5
Grove Shield Núcleo Shield con 16 conectores 7,60 €6
Sensor Humedad Sensor Capaz de medir la humedad del suelo 2,55€7
Sensor Luz Sensor Capaz de capturar la cantidad de luz en una estancia 2,48€8
Sensor Proximidad Sensor Capaz de obtener la distancio entre un objeto 11,87€9
Sensor Sonido Sensor Capaz de capturar la ruido de luz en una estancia 4,1810
Led multicolor Actuador Led que se puede apagar y encender; aleatoriamente cambia de color 1,62€11
Barra Leds Actuador Permite encender y apagar 9 segmentos de forma independiente 3,33€12
Coste total del equipamiento electrónico del maletín SUCREkit 42,37€

Tabla 1. Componentes electrónicos que forman el maletín SUCRE4kids.

Respecto al tipo de material no electrónico, el maletín viene con 9 fichas descriptivas de cada uno de los sensores y actuadores, de los proyectos descritos en la Sección 3.3. Además, como el proyecto SUCRE4Kids está pensado para el trabajo en grupo, la asignación de roles entre los miembros de un grupo no es un aspecto menor para que el trabajo colaborativo funcione adecuadamente. Para ello se han creado chapas (figura 7) que permiten identificar cada uno de los roles dentro del grupo, los cuales son: hardware, software, analista y coordinador. Estos roles se basan en los perfiles que normalmente existen en los equipos de programadores profesionales.

Figura 7: Chapas para diferenciar el rol de cada miembro de un grupo.

3.2 Herramienta web SUCRE4Kids

De forma interactiva, el/la estudiante con el rol de “software” combina los bloques que se van encajando visualmente, de forma analógica a cómo se escribe el código estándar.

Siguiendo el paradigma de la programación visual, nuestra propuesta es una herramienta web de programación visual por bloques derivada de Blocky13 (figura 8). El elemento visual principal es el bloque, que, dependiendo de su forma y color, representa distintos conceptos de programación, desde la definición de una variable, a condiciones o funciones. De forma interactiva, el/la estudiante con el rol de “software” combina los bloques que se van encajando visualmente, de forma analógica a cómo se escribe el código estándar (anidamiento de instrucciones, etc.), hasta que la estructura final de bloques permite resolver un problema. La herramienta web facilita el desarrollo de código de forma fácil y atractiva, y ayuda a la consolidación de las conceptos y competencias computacionales. De hecho, algunos autores destacan el valor de la programación visual en bloques como pasarela a la programación tradicional basada en texto [12].

Figura 8: Herramienta web para la programación visual en SUCRE4Kids.

A parte de los elementos básicos de la programación, como definición de variables, estructuras de control como bucles o condicionales, se ha añadido un bloque para cada uno de los sensores y actuadores incluidos en la maleta SUCREKit (figura 9). Por lo que de igual forma que otros componentes de programación, se podrán integrar los componentes tangibles de la iniciativa SUCRE4Kids.

Estos bloques dependiendo, de si es sensor a actuador, deberán de ser configurados para su correcto funcionamiento. Tanto los bloques de sensores como de actuadores son configurables. El/la estudiante ha de indicar el número de conector, bien digital o analógico, al que se ha conectado. Además, los actuadores incluyen un segundo parámetro de configuración que indica un valor para actuar (encender o apagar un LED, número de barras de LED encendidas, …).

Figura 9: Bloques nuevos incluidos en la herramienta web. Los de color marrón son sensores, los morados son actuadores.

Una vez finalizado el programa de forma visual, se debe enviar al núcleo (Arduino) para su puesta en funcionamiento. Para facilitar este proceso, incluimos un pequeño script que permite conectar el programa generado por la herramienta web con la IDE de Arduino. Mediante el botón “Upload” de la herramienta web, el/la estudiante envía el código del programa al núcleo Arduino, que está debidamente conectado a la máquina de desarrollo mediante un cable USB, que da vida al montaje hardware.

3.3 Proyectos como objetivo

Aunque la iniciativa SUCRE4Kids está abierta a la creatividad para crear cualquier tipo de proyecto, se proponen proyectos como ejemplos. Tal como se ha comentado en la Sección 3.1, cada ficha de proyecto (figura 10) propone un reto que consiste en la combinación de algunos de los componentes electrónicos y la programación del montaje.

Figura 10: Fichas con la descripción de los proyectos propuestos.

Cada uno de los retos se plantean en forma de “historias” breves que conectan de inmediato con los y las estudiantes. Han sido diseñados los siguiente 3 proyectos:

  • Proyecto “Planta inteligente” (figura 11) que plantea el reto de si se debe o no regar una planta, realizándose mediante un sensor de humedad del suelo para medir la humedad y una barra de LEDs que indica el nivel de humedad.
  • Proyecto “Parking inteligente” que recrea el sistema de plazas libres en aparcamientos públicos o de centros comerciales. Mediante un sensor de proximidad, se comprueba si hay un objeto (p.e. coche miniatura) en un sitio (estacionamiento). Se enciende o no un led si la plaza de estacionamiento está ocupada o libre, respectivamente.
  • Proyecto “Luz inteligente” cuyo reto es comprobar el nivel de intensidad lumínica en el aula, mediante un sensor lumínico, para activar un LED cuanto menor es la luz ambiental.
Figura 11: Ejemplo del montaje del proyecto “Planta inteligente”.

Cada uno de los tres proyectos cubre los dos conceptos introducidos anteriormente: diseño y ensamblaje de dispositivos inteligentes de sensorización, y las competencias del pensamiento computacional y habilidades de programación. Sin embargo, el potencial de SUCRE4Kids reside en la capacidad de reutilización de los componentes en distintos proyectos, ya que el profesorado y alumnado pueden crear tantos proyectos originales con el maletín SUCREKit como ideas propongan, por ejemplo, luces que respondan inteligentemente a la intensidad de música.

4. Dónde se ha realizado

En los dos años de andadura de la iniciativa SUCRE4Kids se han realizado diferentes intervenciones con estudiantes de diferentes edades, manifestándose claramente que el palpar, tocar e interaccionar con objetos tangibles [3] enfatiza positivamente el compromiso del alumnado en aprender a programar [8]. A continuación, se listan y describen las diferentes intervenciones realizadas.

4.1 Práctica l’UJI

Ha sido una de las intervenciones más completas, ya que nos ha permite introducir el proyecto SUCRE4Kids durante dos años consecutivos en el marco de las jornadas “Práctica l’UJI” del fomento del grado en informática de la Universitat Jaume I (Castelló). Durante las dos anualidades se han alcanzado más de 200 alumnos y alumnas provenientes de diferentes centros de formación de secundaria y ciclos formativos.

En total se realizaron 6 jornadas (figura 12), de dos sesiones prácticas cada una, durante enero de 2017 y 2018, por las que pasaron 206 alumnos y alumnas de secundaria, bachillerato y módulos formativos. En nuestro trabajo previo [3], describimos los contenidos y organización de cada sesión, y las observaciones realizadas. Nuestra apreciación general es que la interacción tangible fue un elemento motivador, ya que los estudiantes interaccionaron con los sensores, los conectaron físicamente y les dieron vida mediante la programación visual. Además, mediante la designación explícita de roles para cada uno de los miembros del grupo con las chapas (figura 7), reforzamos considerablemente la interacción social durante el trabajo en grupo.

Figura 12: Fotografía tomada dentro de un de las sesiones de Pràctica l’UJI.

4.2 FirUJIciència

La segunda intervención realizada y completamente diferente a la anterior fue las dos participaciones dentro de FirUJIciencia (edición 2017 y 2018) donde el proyecto SUCRE4Kids tuvo presencia mediante un stand. FirUJIciència es una feria científica, promovida por la propia UJI y el CEFIRE de Castelló, con el objetivo de acercar y difundir la ciencia a los estudiantes de primaria y secundaria. La propia Universitat Jaume I, mediante el formato de una feria, tanto desde el entorno de la universidad como de escuelas e institutos, realiza un montaje de stands. La feria se realiza en una única jornada y recoge alrededor de 2.000 estudiantes de todos los niveles, tanto de primaria como de secundaria. Tanto grupos de investigación de la universidad como el propio alumnado de secundaria, de escuelas y de institutos, organizan los stands con demostradores o talleres relacionados con cualquier disciplina científica.

El stand de SUCRE4Kids (figura 13), en las dos ediciones en las que se participó, permitió que los visitantes de la feria se acercasen a manipular los componentes del maletín SUCREKit. La dinámica en esta intervención radicó, en realizar grupos de 6 o 7 miembros, y se les demostraba cómo realizar el proyecto completo de la planta, tanto a nivel de montaje como de programación visual. Finalmente, se les pedía hacer una modificación en el montaje para cumplir con otra funcionalidad. Dependiendo del nivel académico esta modificación era adaptada a su nivel de conocimiento, relegando únicamente las preguntas de programación visual a niveles de secundaria.

Figura 13: Fotografía tomada del stand de SUCRE4Kids en FirUJIciencia.

 

4.3 Sagunt Gamming FEST

La tercera intervención llevada a cabo se realizó en el evento Sagunt Gamming FEST. Se celebra en la ciudad de Sagunto (Valencia), y tiene como objetivo la promoción de los videojuegos y la gamificación entre los más jóvenes. SUCRE4Kids participó en la edición del año 2017, donde asistieron más de 100 niños y niñas de 8 a 14 años. El evento consistió en una especie de yincana gamificada por grupos, se plantearon diferentes retos y los participantes recibían puntos al superarlos. Diseñamos el proyecto de luz inteligente con SUCRE4Kids como un reto de dos niveles, donde el primer nivel era el montaje a nivel de hardware y el segundo nivel la programación visual. Dependiendo del nivel alcanzado, los participantes obtenían ciertos puntos.

5. Trabajos relacionados

Como se ha comentado en la Sección 2, en la actualidad existen numerosas iniciativas con el objetivo de promover el pensamiento computacional entre los pequeños. No todas estas propuestas ofrecen una parte tangible de montaje de componentes y una parte de programación. Junnan Yu y otros [16] proponen cinco categorías diferentes para clasificar este tipo de iniciativas: Kits físicos con o sin electrónica (2), Kits virtuales (1) y Kits híbridos con programación virtual o tangible por bloques (2). SUCRE4Kids se enmarca en la categoría de kits híbridos con programación virtual por bloques, pero añadiendo la variación de elementos electrónicos. A continuación, se analizan diferentes proyectos dentro de la misma categoría y que además también se caracterizan por tener elementos electrónicos.

  • Talkoo [7] está basado en Arduino. Los módulos de sensores y actuadores son fácilmente conectables y no requieren soldadura y ni conocimientos previos en electrónica. Los componentes tienen la capacidad de “responder” al IDE visual y no es necesario cargar el programa. Talkoo en todo momento está ejecutando los módulos y muestra en tiempo real los valores de las entradas/salidas de los sensores.
  • Grove zero14 basado en los conectores Grove originales, este kit propone módulos imantados que facilitan la conexión entre ellos. Siguiendo una nomenclatura por colores, el kit Grove zero incluye diferentes sensores y actuadores. Utiliza su propia IDE web basada en Microsoft MakeCode.
  • Micro:bit15 es un iniciativa de la BBC para el fomento de la programación en edades juveniles. Micro:bit es una pequeña placa de desarrollo de open hardware, al igual que Arduino, que permite ejecutar código en ella. Aunque tiene incorporados diferentes actuadores y sensores, como una matriz 5×5, acelerómetro o bluetooth, no incluye sensores externos, ni tampoco ofrece conectores que faciliten conectar con ellos. El microcontrolador puede ser programado mediante un lenguaje de bloques, como con Java o con Micropython, que es un lenguaje similar al python.
  • Chibi Chip16 es otro microcontrolador donde los pequeños pueden construir circuitos de papel interactivos y programar LEDs. También permite la codificación mediante bloques, o escribiendo líneas de código Arduino usando un editor.
  • Circuit Playground Express17, similar a Micro:bit, es una placa que incorpora sensores (temperatura, luz o acelerómetro), botones, audio y diferentes LEDs. Tampoco incorpora conectores que faciliten el conectar y desconectar. Mediante Microsoft MakeCode puede ser programado utilizando la programación por bloques. Aunque también permite la codificación por líneas mediante la IDE de Arduino.

Para comparar los trabajos revisados anteriormente, la Tabla 2 muestra una comparación entre ellos. Se han propuesto las siguientes características para analizar cada propuesta.

  • Hardware libre, si la iniciativa puede ser utilizada, modificada y distribuida libremente. Escala: Sí/No.
  • Basado en proyectos, si la iniciativa propone proyectos. Escala: Sí/No.
    Conectores plug&play, si la iniciativa ofrece conectores que faciliten la conexión. Escala: Sí/No.
  • Lenguaje de programación, indica el lenguaje de programación que soporta. Escala: Python, Arduino, Java o Javascript, entre otros.
  • Organización por grupos, si la iniciativa posibilita el uso de forma grupal. Escala: Sí/No

 

Iniciativa Hardware libre Basado en proyectos Conectores plug&play Lenguaje de programa Organización por grupos
Talkoo [7]  No especif.  No Tal  Sí  Arduino  No
Grove zero  No especif.  Sí  Sí  Arduino  No
Micro:bit  Sí  Sí  No  Java y MicroPython  No
Chibi Chip  Sí  Sí  Sí  Arduino  No
Circuit Playground Express  Sí  No  No  Arduino  No
SUCRE4Kids  Sí  Sí  Sí  Arduino  No

Tabla 2: Comparativa entre las diferentes iniciativas analizadas.

Según la tabla 2, todas las iniciativas analizadas son clasificadas como de hardware abierto, menos Talkoo y Grove zero, que no lo especifican. SUCRE4Kids, Grove Zero, Micro:bit y Chibi Chip ofrecen, junto con el kit, ofrecen guías para realizar proyectos. Por lo que se refiere a facilitar el montaje mediante conectores, juntamente a nuestra propuesta, son Talkoo, Grove zere y Chibi Chip. Además de soportar programación visual, ofrecen la posibilidad de programar de forma tradicional. El lenguaje más utilizado es Arduino, el cual es soportado por todas las plataformas analizadas, excepto micro:bit que ofrece Java y MicroPython. Finalmente, excepto SUCRE4Kids ninguna solución analizada tiene en cuenta poder ser utilizada de forma grupal.

6. Conclusiones y trabajo futuro

El proyecto SUCRE4Kids tiene como objetivo el fomento de la tecnología y la programación en edades donde hasta el momento no es lo habitual (educación primaria y secundaria) si tenemos en cuenta los actuales currículos educativos.

El proyecto consta de dos partes bien diferenciadas. La parte más tangible es un maletín con diferentes componentes que se conectan entre sí para formar un montaje complejo. La segunda parte da funcionalidad al montaje hardware mediante la programación. La herramienta web desarrollada facilita la programación, ya que, entre sus bondades, permite programar los componentes electrónicos visualmente mediante bloques. Juntamente con la descripción de SUCRE4Kids hemos detallado las diferentes intervenciones que se han realizado con alumnado de secundaria. Finalmente hemos comparado SUCRE4Kids con propuestas similares.

Mirando hacia delante, tras la experiencia obtenida en las diferentes intervenciones realizadas, una primera decisión que está encima de la mesa es ofrecer dos versiones de SUCRE4Kids: una debería cubrir edades de escolarización de primaria y la otra para estudios de secundaria. La primera opción podría facilitar el montaje de los componentes, como por ejemplo mediante el uso de conectores magnéticos, además de que la programación estuviera implícitamente en el montaje realizado, por lo que dependiendo del montaje este fuera capaz de interaccionar en tiempo real sin esperar a una compilación y ejecución del programa. Para edades pre-universitarias se necesita aumentar el nivel de dificultad y ofrecer nuevas funcionalidades, como podría ser la visualización y análisis de los datos recogidos por los sensores en tiempo real mediante una conexión a Internet, por lo que nuevos paradigmas como el Internet de las Cosas (IoT), necesitan ser estudiados y convenientemente integrados en la próxima generación de SUCRE4Kids.

Agradecimientos

Carlos Granell ha sido financiando por el programa Ramón y Cajal (RYC-2014-16913) y Sergio Trilles por el programa postdoctoral Vali+d de la Generalitat Valenciana (APOSTD/2016/058) y ayudas a estancias doctorales GVA (BEST/2018/053).

Referencias

[1] Ackermann, E. (2001). Piaget’s constructivism, Papert’s constructionism: What’s the difference. Future of learning group publication, 5(3), 438.

[2] Bau, D., Gray, J., Kelleher, C., Sheldon, J., & Turbak, F. (2017). Learnable programming: blocks and beyond. Communications of the ACM, 60(6), 72-80.

[3] Blikstein, P., Sipitakiat, A., Goldstein, J., Wilbert, J., Johnson, M., Vranakis, S., … & Carey, W. (2016). Project Bloks: designing a development platform for tangible programming for children. Position paper, retrieved online on, 06-30.

[4] Brennan, K., & Resnick, M. (2012, April). New frameworks for studying and assessing the development of computational thinking. In Proceedings of the 2012 annual meeting of the American Educational Research Association, Vancouver, Canada (Vol. 1, p. 25).

[5] Castañeda, R., & Rebolledo, C. (2013). Panorama de la Educación: Indicadores de la OCDE. Nota del País. México, 1-11.

Notas

1. <https://www.arduino.cc/>. Último acceso: 11 de Octubre de 2018
2. <https://www.modrobotics.com/cubelets> Último acceso: 11 de Octubre de 2018
3. <https://www.modrobotics.com/moss>. Último acceso: 11 de Octubre de 2018
4. <https://littlebits.cc>. Último acceso: 11 de Octubre de 2018
5. <https://www.seeedstudio.io/Arduino-Uno-Rev3-p-2995.html> Último acceso: 11 de Octubre de 2018
6. <https://www.seeedstudio.com/Base-Shield-V2-p-1378.html> Último acceso:  11 de Octubre de 2018
7. <https://www.seeedstudio.com/Grove-Moisture-Sensor-p-955.html> Último acceso: 11 de Octubre de 2018
8. <https://www.seeedstudio.com/Grove-Light-Sensor-v1-2-p-2727.html> Último acceso: 11 de Octubre de 2018
9. <https://www.seeedstudio.com/Grove-80cm-Infrared-Proximity-Sensor-p-788.html> Último acceso: 11 de Octubre de 2018
10. <https://www.seeedstudio.com/Grove-Sound-Sensor-p-752.html> Último acceso: 11 de Octubre de 2018
11. <https://www.seeedstudio.com/Grove-LED-Bar-v2-0-p-2474.html> Último acceso: 11 de Octubre de 2018
12. <https://www.seeedstudio.com/Grove-Multi-Color-Flash-LED-5m-p-1141.html> Último acceso: 11 de Octubre de 2018
13. <http://elcano.init.uji.es/sucre4kids/> Último acceso: 11 de Octubre de 2018
14. <https://makecode.seeedstudio.com/>. Último acceso: 06 de Octubre de 2018
15. <https://microbit.org>. Último acceso: 06 de Octubre de 2018
16. <https://chibitronics.com/>. Último acceso: 06 de Octubre de 2018
17. <https://www.adafruit.com/product/3333> Último acceso: 06 de Octubre de 2018