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3 nov 2016

EL SEXTANTE. APRENDIZAJE BASADO EN PROYECTOS

SEXTANTE: APRENDE A USAR EL APRENDIZAJE BASADO EN PROYECTOS EN TUS CLASES

Cada generación de alumnos tiene unas peculiaridades específicas y unos recursos a su disposición para poder ajustar el método de aprendizaje a sus necesidades. Las tecnologías de la comunicación y la información, TIC, se han convertido en una herramienta clave para las generaciones actuales formadas por nativos digitales que pasan una parte importante de su vida haciendo uso de ordenadores, tabletas, smartphones, smartTV, smartwatches…, todo es “smart” y tendrá que ayudarse al estudiante a que también lo sea, a que se convierta en un actor clave con participación activa, incluso, en el diseño de su propio proceso de aprendizaje en lugar de limitarse a ser un mero observador del medio que le rodea.

sextante-3d

Construcción de un sextante. Aprendizaje basado en proyectos

Uno de los métodos más recientemente empleados y que, como todo, tiene partidarios y detractores, es el método conocido como PBL o aprendizaje basado en proyectos que es como podríamos traducir las siglas provenientes del inglés project based learning.

Esta metodología no es incompatible con sistemas de aprendizaje tradicionales pero sí requiere de la intervención activa del estudiante. William Heart Kilpatrick propuso cuatro tipos de trabajo por proyectos según qué se persiguiera conseguir:

  • Producer’s proyect, que viene a ser elaborar un producto final
  • Consumer’s proyect, donde el objetivo se fija en conocer un tema y disfrutar con su conocimiento o experiencia
  • Specifing learning, para mejorar técnicas o habilidades concretas
  • Problem proyect donde la resolución de un problema intelectual que resulte desafiante para el estudiante puede conseguir un estímulo decisivo para su aprendizaje significativo.

En este caso proponemos realizar una fusión entre los tipos de trabajo propuestos por Kilpatrick de tal forma que se elaborará un sextante como producto final permitiendo al estudiante experimentar activamente con el objeto construido lo aprendido en su investigación personal y grupal. Será el deseo de alcanzar esta fase práctica de forma exitosa lo que incitará al alumnado a desarrollar todo su potencial en la fase de investigación y en la búsqueda del mejor prototipo adaptando su construcción a las técnicas de fabricación que puedan desarrollarse en el aula-taller. El empleo de las TIC permite a la figura del docente adiestrar al alumno en la selección de distintas fuentes de información, catálogos de documentos académicos y uso de buscadores específicos como el Google scholar.

¿Qué objetivos reales se persigue conseguir?

  • Fomentar la curiosidad del estudiante hacia disciplinas que pudieran resultarle menos atractivas de abordar el aprendizaje por un método tradicional
  • Profundizar en el uso de las herramientas que ofrecen las TIC (buscadores académicos, bases de datos bibliográficos, plataformas educativas, repositorios de recursos educativos…)
  • Aprendizaje de geometría básica desde un punto de vista teórico (sistema tradicional) que tendrán que emplear para comparar resultados con trabajo de campo
  • Aprender de los principios básicos de la reflexión (punto de partida en la explicación del funcionamiento del sextante)
  • Calcular alturas, longitudes y superficies por mediciones indirectas. Esto supone poner en práctica los conceptos aprendidos en el aula para obtener la altura real de un objeto conocida la distancia que nos separa a él y el ángulo entre rayos proyectivos, calcular una superficie geométrica posicionando adecuadamente el punto base y los vértices (sirviendo de introducción al trabajo de topografía), etc.
  • Aprender a usar hojas de cálculo y tablas de datos. Se integrarán los datos de campo del cálculo de áreas a una tabla que nos arrojará el valor total de las triangulaciones realizadas.
TABLA SEXTANTE

Hoja de cálculo de superficies

  • Introducir el programa matemático geogebra. Se realizará una introducción a este entorno matemático calculand las superficies de figuras planas y creando una simulación animada con el programa donde vendrá recogido un sextante en funcionamiento que permite ver de forma muy intuitiva cómo realiza su funcionamiento.
Geogebra - Sextante

Cálculo de superficies planas con Geogebra

  • Introducir al alumnado en el cálculo de errores. Como elemento de fabricación “casera” que es, tendrá un error debido a los ajustes de los espejos, la tara, la impresión de la escala angular, defectos de montaje… Esto nos permitirá incorporar conceptos como error cometido, propagación de errores, forma de acotación del error…
  • Aprender los principios de fabricación. Se usarán materiales como madera, vidrio, metal, plástico, tornillería variada, adhesivos…, que permitirán explicar el manejo de herramientas de corte, útiles de dibujo, normas de seguridad en taller, etc.
  • Conocer los principios de la impresión 3D. En nuestro caso, un colaborador de FdeT especialista en impresión 3D, Juan González, imprimió el diseño del sextante a partir de un modelo CAD tridimensional que realizamos en formato estereolitográfico (ver imagen de cabecera del artículo).

Como información de partida, los profesores de referencia (Javier Luque y Francisco Morante) preparamos un Webinar donde se mostró el modo y los principios de funcionamiento del sextante. Puedes verlo aquí:

En la fase de construcción los distintos grupos de trabajo organizaron las distintas actividades en una hoja de planificación donde cada participante adquiría un rol y asignaba una temporalización a su cometido lo que ayudaba a que actividades con concurrentes pudieran llevarse a cabo en paralelo.

Tras la búsqueda de información y un consenso de diseño se pasa a la fase de delinear el plano del objeto (tanto el cuerpo como la aliada) en madera con la mayor precisión.

Sextante

Trazado del sextante sobre la madera

La pieza se recorta auxiliándonos, en este caso, de una sierra eléctrica de marquetería.

Sextante

Recortando el sextante

 

sextante

Taladrando con corona el sextante

Mientras terminaban las tareas de aserrado y taladrado, otro grupo se encargaba de cortar sendas parejas de cristales espejados de 60×30 mm2 donde con ayuda de cutter se eliminaba de la mitad superior el esmalte metálico con cuidado de no rayar el cristal. Las partículas que, por muy bien que se haga, quedan en la superficie de vidrio se retiran usando algodón impregnado en limpiador de metales (el típico “algodón mágico” de uso doméstico).

sextante

Creando el espejo de horizonte (mitad espejo y mitad transparente)

La función del sextante es medir ángulos por lo que tendrá que contar con un goniómetro de radio tal que permita entrar en el cuerpo de nuestro aparato. Para una mejor funcionalidad optaron por plastificarlo.

Además, para ganar precisión crearon una contraescala a modo de nonio que permitía dividir cada grado en un número de partes decimales. En nuestro caso la apreciación alcanzada (resultado de dividir 1º entre 5 partes) fue de 0.2 º. Aquí debes recordar que, por las leyes de reflexión, la magnitud reflejada aparece duplicada con respecto a su dimensión real. Es por esto que con un ángulo de apertura de 60º podemos alcanzar a medir hasta 120º por lo que, en nuestra apreciación, tomamos dos divisiones para corresponder a 1º (es el motivo de que aparezcan las 10 divisiones del nonio en lugar de 5).

 

sextante

Recortando las reglas graduadas y los nonios

sextante

Detalle del nonio sobre la escala circular

 

Para poder hacer esta regla circular en un programa de CAD (Computer Aid Design) tipo Autocad o Bitcad en modo de pago o Qcad, Librecad oFreeCad en modo gratuito, basta con trazar un sector circular de radio suficiente para garantizar su ergonomía y sujeción y dejar el visor de la aliada por donde circulará nuestra regla circular. Después, acotaremos  un ángulo de 60º en nuestro sector y trazaremos una línea concéntrica con su perímetro que pase justo por el centro del hueco practicado en la aliada (así, las medidas serán visibles). Por último, colocaremos las marcas de 0º y 60º sobre la línea circular dibujada y dividiremos por procedimientos gráficos o usando el comando “matriz polar” como se indica en la siguiente imagen.

 

sextante CAD

¿Cómo dividir la escala circular de forma correcta con programa CAD?

 

Aquí te indico que debes usar 121 divisiones para cubrir 120 espacios y que esas divisiones deberán cubrir un ángulo real de 60º (recuerda que nuestra figura plana es un sextante, la sexta parte del círculo).

Con esto deberías tener suficiente para que cada grupo sea capaz de realizar su propia herramienta de trabajo y, claro, ahora, toca probarlo para ver si da la talla en el trabajo de campo.

Para ello puedes probar a medir dos cosas:

A) Con sextante en posición horizontal: superficie un campo de fútbol escolar colocándote en un vértice y midiendo la distancia entre puntos y el ángulo barrido. Sólo tienes que sumar el área de los dos triángulos definidos. Si quieres complicar más el ejercicio puedes optar por buscar un punto exterior al campo y, luego, otro interior al mismo. Como ya habrás calculado con una pequeña aplicación de geogebra o con hoja de cálculo, el área que deben tener cada triángulo y la suma total podrás detectar las diferencias entre el cálculo de datos y las medidas reales creando así un marco magnífico para introducir el cálculo de errores.

sextante

Medición con sextante en posición horizontal

B) Con sextante en posición vertical: altura de un edificio cuando estamos situados a una distancia del mismo (medida perpendicularmente). Realizando un cálculo básico de trigonometría podemos obtener la altura final y, nuevamente, comprobar la desviación sobre la medida real de la medida de cada observador.

sextante

Medición con sextante en posición vertical

Como resultado de este proyecto se destacan los siguientes puntos:

  • Se incrementó la participación femenina en la fabricación del prototipo, estableciéndose un cambio de roll que provocó una migración de alumnas desde la fase de diseño a la fase operativa y manipulativa.
  • Se consiguió, a petición del propio alumnado, impartir contenidos que el currículo reserva a cursos superiores y estos conceptos fueron introducidos de forma muy natural, a modo de explicación al fenómeno que estaban experimentando.
  • Se logró estimular el espíritu investigador del alumnado pues fueron ellos mismos los que dotaron de contenido a la unidad de trabajo subiendo materiales a su comunidad virtual donde el resto de compañeros podían realizar consultas al tiempo que respondían las que ya estaban publicadas en el foro de debate.
  • El trabajo de campo fue un éxito y puso de manifiesto el interés por el desempeño laboral de topógrafos, agrimensores, ingenieros de caminos, aparejadores de obra y colectivos similares que realizan este tipo de trabajos en nuevas construcciones de obras e infraestructuras.

Aquí os dejo una muestra de los resultados:

SEXTANTE

Resultados de los distintos sextantes ejecutados

En la cabecera de este artículo puedes ver el vídeo del webinar que realizamos con el alumnado afectado de esta experiencia.

Como información adicional, podéis encontrar numerosos recursos online que podrán ayudaros a configurar vuestra unidad de aprendizaje usando proyectos:

  • Anatomía del sextante, errores principales y formas de uso: http://bit.ly/1RFv3IR
  • Navegación astronómica: http://bit.ly/1MMZE5U
  • Funcionamiento integral del sextante, elementos constituyentes, funcionamiento, reglaje y uso: http://bit.ly/1pFtvbl
  • Funcionamiento del sextante, correcciones astronómicas, navegación con instrumento: http://bit.ly/1RAUa2v
  • Principio de reflexión: http://bit.ly/1s4CJhH
  • Espejos planos: http://bit.ly/1U911nx
  • Vídeo: Cálculo de altura con sextante (datos: longitud de la sombra, altura de observación y ángulo) https://youtu.be/UY6DGxyk-uY
  • Vídeo: Cálculo de altura de antena usando sextante y dos mediciones a distinta separación  https://youtu.be/7SAPZLQfSSg
  • Vídeo: Teorema de Pitágoras https://youtu.be/wB3-MYi311s
  • Vídeo: Problemas de escalas (Cálculo de superficie real de planta construida conociendo escala y dimensiones gráficas)  https://youtu.be/nIlOAlJlNFs
  • Vídeo: Problema de escalas (Cálculo de distancia real conociendo distancia gráfica y escala) https://youtu.be/SB9NpNvQs-g
  • Vídeo: reflexión de luz  https://youtu.be/6THGpyuhFK4
  • Vídeo: Tipos de lentes https://youtu.be/TUpdsl23QzE
  • Vídeo: Lentes y espejos curvos https://youtu.be/_7k4UtmQiAs
  • Vídeo: Uso del vernier https://youtu.be/KQQ05W2iUbk

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Autor: JAVIER LUQUE  @fdetsocial

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