La robòtica educativa com a eina pedagògica

La robòtica educativa com a eina pedagògica

Durant l'última dècada la robòtica ha atret l'interès de professors i investigadors com una eina valuosa per al desenvolupament d'habilitats cognitives i socials per als estudiants, que sostingui l'aprenentatge interdisciplinari i ofereixi nous beneficis a l'educació a tots els nivells (Johnson 2003).

La revisió de la literatura revela que la robòtica educativa (RE) és un camp cada vegada amb major potencial amb un impacte significatiu a l'educació científica i tecnològica des de preescolar fins a la universitat (Barreto 2011; Alimisis 2013).

A més de la component tecnològica, la robòtica té una component acadèmica molt important. En el marc de l'Ensenyament Secundari, els robots senzills suposen una eina idònia per aplicar els conceptes teòrics d'assignatures com a Tecnologia, Informàtica, Física o Ciència. Diferents experiències durant l'última dècada han demostrat que els nens participen amb entusiasme en projectes de robòtica, aconseguint el desenvolupament de noves habilitats (Litinas i Alimisis 2013).

D'altra banda, el desenvolupament de productes comercials tals com a Lego Mindstorms, entre uns altres, ha fomentat el disseny i implementació d'estratègies didàctiques en els nivells de secundària i batxillerat, generalment liderades pels docents de les àrees d'informàtica i tecnologia. Aquest tipus de tecnologia facilita el seu treball, ja que ofereix activitats predissenyades que faciliten la seva inclusió a l'aula.

No obstant això, la gran quantitat d'eines robòtiques creades i desplegades amb un millor disseny, han preparat el terreny per a la popularitat de la robòtica entre estudiants de totes les edats. Però l'aparició en els últims anys d'altres eines de baix cost juntament amb un entorn tecnològic molt canviant, fa necessària una revisió de l'estat de la RE, especialment en el que a les necessitats de l'ensenyament secundari es refereix.

Perspectiva històrica de la robòtica pedagògica

El terme robot, va ser utilitzat per primera vegada el 1920 en l'obra melodramàtica R.O.R Robots Universals Rossum, escrita per Karel Čapek, per designar als androides que s’utilitzaven a la indústria. La paraula “robot” se li atribueix al seu germà, Josef; el seu origen etimològic és txec i deriva de la paraula “robota” (labor, treball). (Sáiz 2002, p.213).

D'altra banda, i una mica més endavant en la història, el terme “robòtica” se li atribueix a Isaac Asimov, qui el 1950 va utilitzar el concepte en el seu llibre “Jo Robot”, per donar-li vida a màquines humanoides futuristes que podien realitzar accions i treballs pròpiament humans; no és fins al 1967 que s'inicia a l'Artificial Intelligence Laboratory del Massachusetts Institute of Techology (MIT), un procés de creació del primer artefacte electrònic que respon a un llenguatge de programació, denominat Logo. Seymour Papert (representant de l'equip creador de Logo), va fonamentar la seva creació en la filosofia educativa constructivista (Logo Foundation 2011), després d'haver conegut de primera mà els estudis del psicòleg Jean Piaget.

La seva idea es va veure materialitzada quan el 1969 un membre del seu equip del MIT Lab, construeix un primer prototipus per iniciar la seva inclusió a les aules. Es considera aquest artefacte com el primer robot enfocat a l'educació en el sentit estricte de la definició “Màquina o enginy electrònic programable, capaç de manipular objectes i realitzar operacions abans reservades solament a les persones” (RAE, 2009), en vincular els elements mecànics i electrònics amb un sistema de codificació que permetés l'assignació de les tasques a realitzar per part de l'artefacte i es relacionés amb l'àmbit educatiu.

A partir d'aquest moment, podria dir-se que sorgeix la robòtica educativa o robòtica pedagògica. Anys després, es reprèn el concepte de robòtica pedagògica amb més força i ja amb una intenció clarament definida i centrada en la formació de professionals en el camp de la programació i l'electrònica.

De fet, l'ús de la robòtica com a mitjà d'aprenentatge pot ser descrit com un procés sistemàtic i organitzat, en el qual intervenen elements tecnològics interrelacionats (plataforma robòtica i programari) com a eines mediadores, l'objectiu final de les quals és aconseguir aprenentatges (Moreno et al. 2012).

Les principals teories darrere de la Robòtica Educativa són el constructivisme i el construccionisme. El construccionisme és una teoria de l'aprenentatge desenvolupada per Seymour Papert (1980), basada en la teoria de l'aprenentatge creada per Jean Piaget, que destaca la importància de l'acció en el procés d'aprenentatge. S'inspira en les idees de la psicologia constructivista i d'igual manera parteix del supòsit que, perquè es produeixi aprenentatge, el coneixement ha de ser construït pel mateix subjecte que aprèn a través de l'acció, de manera que no és alguna cosa que simplement es pugui transmetre.

El constructivisme és un corrent pedagògic que postula la necessitat de lliurar eines a l'alumne, generant bastides cognitives (Wood, Bruner i Ross 1976) que li permetin construir els seus propis procediments per resoldre una situació problemàtica, la qual cosa implica que les seves idees es modifiquin i segueixi aprenent. Com a figures clau del constructivisme destaquen principalment Jean Piaget i a Lev Vygotski. Piaget (1974) se centra en com es construeix el coneixement partint des de la interacció amb el mitjà, afirma que la manipulació d'artefactes és una clau perquè els nens construeixin el seu coneixement.

Les idees de Papert es van fer conegudes a través de la publicació del seu famós llibre Mindstorms: Children, Computers, and Powerful Idees (1980). L'empresa Lego va començar aquest mateix any a finançar projectes de recerca de l'equip d'investigadors de Papert en el MIT. D'aquesta col·laboració va sorgir Lego Mindstorms, la línia de productes de robòtica de Lego.

Segons aquestes bases teòriques, la robòtica educativa es concep com una nova possibilitat d'integrar les TIC al currículum, atès que crea ambients d'aprenentatge motivadors i versàtils, capaços d'oferir entorns d'aprenentatge interactius on els límits els posa la creativitat de l'alumne. Per aquest motiu, molts centres educatius han impulsat aquesta eina a escala curricular en l'etapa d'educació secundària (González et al. 2015).

En aquesta línia de treball, s'han desenvolupat i documentat diferents experiències de professors de l'àrea de tecnologia sobre les seves experiències amb joves i nens a través dels clubs de robòtica (Rojas i Zuñiga 2012).

D'altra banda, el desenvolupament de productes comercials tals com el Mindstorms, entre altres, han fomentat el disseny i implementació d'estratègies didàctiques. Aquest tipus de tecnologia ofereix activitats predissenyades que faciliten la seva inclusió a l'aula.

A causa de l'augment d'interès en la RE en els últims anys, s'han creat nombroses empreses que ofereixen un gran nombre de productes de robòtica dirigits a complir amb la necessitat del mercat. Tal com s’analitza a la segona part d’aquest treball, actualment el mercat de la RE està saturat amb múltiples plataformes de moltes empreses que veuen una possibilitat d'obtenir beneficis en el sector educatiu.

STEM: més enllà de la robòtica

L'ús d'aquests objectes tecnològics pot ajudar a abordar continguts curriculars d'una manera diferent, aprofitant les diverses possibilitats que pot brindar.

L'acrònim STEM, originat a Nord Amèrica en la dècada dels 90, fa referència a les disciplines Science, Technology, Engineering and Maths, encara que actualment la transformació d'aquest concepte ha portat a reformular-ho com STEAM, afegint Art com una disciplina indispensable.

D'aquesta manera, el treball amb robots es converteix en una possibilitat més de material didàctic per a totes les àrees i disciplines (Monsalves 2011). La relació, influència i integració entre parts de dues o més matèries constitueix interdisciplinarietat. La RE uneix la vessant lúdica amb la interdisciplinarietat, com una perspectiva d'acostament a la solució de problemes derivats de diferents àrees del coneixement. Així, s’aconsegueix que els estudiants comprenguin els continguts curriculars en veure'ls materialitzats en projectes que impliquen disseny, recerca, construcció i control de mecanismes, desenvolupant en ells un pensament sistèmic, estructurat, lògic i formal.

En aquest context, segons les conclusions de treballs com el de Ghitis i Alba (2014), la RE pot esdevenir un espai de diàleg entre l'enginyeria, la didàctica i la pedagogia, facilitant la interdisciplinarietat.

Competències i habilitats per al segle XXI

Amb la finalitat d'estar preparats per als complexos entorns de treball del segle XXI, els estudiants han d'aprendre habilitats essencials que els ajudin a convertir-se en pensadors compromesos i ciutadans ètics amb un esperit empresarial (Working Paper 21st Century Skills 2010). Aquestes habilitats són la creativitat i la innovació, el pensament crític i resolució de problemes, la responsabilitat social, la consciència cultural, global i del medi ambient, la comunicació, la col·laboració i el lideratge, l'aprenentatge permanent o la gestió de personal (Alberta education 2012).

Alguns estudis demostren que l'ús de la robòtica pot millorar les habilitats personals dels alumnes. Com el portat a terme per Demetriou (2011), que conclou que la RE té un gran efecte en la capacitat de treball en equip i l'autoconfiança dels estudiants.

La recerca realitzada per Khanlari (2013) mostra que la robòtica millora les capacitats i habilitats dels estudiants en quatre aspectes rellevants: la creativitat i el pensament crític, habilitats de treball en equip i la col·laboració entre els estudiants, autoconfiança i la independència i sociabilitat.

D'altra banda, el treball de Eguchi (2014) demostra que la RE desenvolupa 4 habilitats clau perquè els estudiants del segle XXI tinguin èxit en el futur: les 4 C’s de Comunicació, Col·laboració, Creativitat i pensament Crític.

Fomentant les vocacions tecnològiques

Alguns països del nostre entorn van detectar amb antelació un problema que ja ha irromput amb força a Espanya: el descens de matrícula en les carreres tècniques, especialment en les enginyeries. Actualment és clar que les ciències, les enginyeries i la tecnologia són àrees clau per al desenvolupament econòmic i social, la innovació i la competitivitat de qualsevol país. No obstant això, any rere any a tot el món decreixen les vocacions cientificotecnològiques entre els joves, situació especialment visible en el cas de les dones, on cada vegada són menys les que decideixen realitzar una carrera en àrees tecnològiques (Razo 2008; CEDEFOP 2016), amb el que la bretxa de gènere entre els estudiants i professionals d'enginyeries i tecnologies segueix augmentant.

D'altra banda, es preveu que la demanda de titulats universitaris en ciències, tecnologia, enginyeria i matemàtiques creixerà a Europa un 14% fins a 2020, segons l’estudi del Centre Europeu per al Desenvolupament de la Vocació Professional (CEDEFOP 2016). En concret, el creixement s'espera que sigui del 14% fins al final d'aquesta dècada, mentre que la demanda de la resta de titulats només s'incrementarà en una mitjana del 3%. D'aquesta manera, se segueixen detectant grans desajustaments entre l'oferta d'estudis i les predileccions dels estudiants, en relació a les demandes actuals de les empreses. Però, què es pot fer per incentivar als estudiants a escollir carreres cientificotecnològiques? On i quan cal actuar?

Per trobar l'arrel de la falta d'interès per aquestes carreres, cal remuntar-se als col·legis i instituts, on les assignatures de ciències i les matemàtiques es presenten com a matèries complicades i poc atraients, ja des d'edats molt primerenques.

Entre els diferents factors que incideixen perquè les adolescents ni tan sols es plantegin la possibilitat de cursar estudis de l’àmbit cientificotecnològic i que aquestes carreres en la seva majoria estiguin copades per homes, estan les idees preconcebudes sobre aquestes disciplines.

Però també intervenen els prejudicis i rols de gènere que dicta la societat des de la infància i que, per exemple, insisteixen a assignar joguines diferenciades per sexe, reservant així els kits d'eines o mecànica, vehicles de construcció o circuits de cotxes, als nois.

Tant els polítics com els investigadors estan interessats a trobar formes d'incrementar la quantitat d'estudiants amb interès a les àrees STEM. Per tant, han de considerar la cerca de models reeixits que produeixin més estudiants que prefereixen aquestes especialitats en universitats.

En aquest sentit, les activitats extraescolars han guanyat importància en les comunitats d'educació, a causa del seu potencial per promoure l'aprenentatge dels estudiants i el desenvolupament de l'alfabetització científica. Segons l'estudi de Robelen (2011), l'aprenentatge en entorns informals o extraescolars és una gran oportunitat per recolzar l'aprenentatge de la ciència, el desenvolupament de la competència i millorar el rendiment estudiantil. Va evidenciar que els programes de ciència estructurada no escolars, poden alimentar o estimular els interessos en ciències i influir positivament en el rendiment acadèmic dels estudiants, ampliant el sentit d'opcions de carrera futura de ciències.

Les competicions de robòtica tendeixen a atreure a un percentatge molt major de nens que nenes, sobretot en els ambients d'aprenentatge de lliure elecció o extraescolars (Weinberg et al. 2007). La qüestió és si la participació en aquests programes té un impacte directe en els seus interessos a llarg termini, influint en l'elecció de carrera universitària.

Alguns projectes (Weinberg et al. 2007), han estudiat en profunditat als participants en programes educatius de robòtica per obtenir una comprensió de com aquests programes poden tenir un efecte a curt termini sobre la percepció dels seus assoliments a les àrees STEM, especialment en les nenes, i si això podia tenir influència en els seus objectius professionals més a llarg termini. Els resultats d'aquest estudi mostren alguns canvis positius, tant en la percepció de les habilitats com en els interessos d'elecció de carrera en les dones. L'estudi indica que les actituds negatives comencen a formar-se ja en la primera infància i tendeixen a ser reforçades al llarg del camí. Els resultats proporcionen evidències que la participació en activitats de RE pot ajudar a reduir la bretxa de gènere, augmentant les actituds positives de les nenes i encoratjant a desenvolupar l'interès en àrees STEM per a futures carreres (Weinberg et al. 2007).

A més, com s'esmenta en un informe de l'Associació Americana de Dones Universitàries (2000), les nenes poden estar molt més interessades en l'ús de la tecnologia si els projectes es contextualitzen en alguna disciplina que els interessi personalment. És a dir, quan els estudiants fan projectes coherents per aconseguir objectius específics en temes que són rellevants i interessants per a ells.

Per altra part, en un estudi més recent de Sahin A. (2013), s'ha posat de manifest que els estudiants que van assistir a extraescolars STEM, a posteriori van tenir un major percentatge de matrícula en carreres científiques.