Un juego de astronomía - Introducción al sistema solar y al espacio exterior basada en los robots Bee-bot/Code and Go (o similares)

Resumen: Esta actividad ofrece una descripción general de cómo diseñar e implementar proyectos para niños en edad preescolar (3-7 años). El objetivo de esta actividad es, por un lado, crear un modelo para evaluar las competencias digitales para el aprendizaje STEAM, y, por otro, generar módulos de aprendizaje para el desarrollo de competencias STEAM entre los docentes de diferentes niveles educativos (infantil y primer año de educación primaria) mediante el uso de un robot educativo. La robótica educativa ha demostrado ser una herramienta útil y eficaz en el aula para el desarrollo de habilidades cognitivas, para mejorar la creatividad y la resolución de los retos propuestos por los docentes. Se suele introducir en la escuela primaria (menos de 6 años). Sin embargo, se está volviendo cada vez más necesario anticipar la introducción a la robótica básica y a otras actividades que involucran la tecnología.

Palabras clave: Gamificación, robot educativo, realidad aumentada (RA), sistema solar. Lista de recursos: Un robot educativo programable (Bee-Bot o robot Code & Go) por equipo (entre 2 y 4 miembros) de estudiantes; una impresora y cartón/papel; y un dispositivo de control (un iPad o una tableta Android para que los alumnos puedan tener una experiencia de RA) con una aplicación instalada de visor de realidad aumentada por cada equipo de estudiantes. Se puede realizar en el suelo o sobre una mesa.

La robótica educativa ha demostrado ser una herramienta útil y eficaz en el aula para el desarrollo de habilidades cognitivas, para mejorar la creatividad y la resolución de los retos propuestos por los docentes. Se suele introducir en la escuela primaria (menos de 6 años). Sin embargo, se está volviendo cada vez más necesario anticipar la introducción a la robótica básica y a otras actividades que involucran la tecnología. Nuestras propuestas de actividades han sido probadas con éxito en varias instituciones. Nuestra recomendación es que en la Fase 1 se trabaje el pensamiento computacional sin dispositivos (robótica desconectada). Para una Fase 2, hay una propuesta adicional que incluye realidad aumentada, en función de las características del alumnado. 1. El sistema solar y los planes de estudio en el jardín de infancia Los planes de estudio oficiales incluyen la obligación de estudiar desde edades tempranas el sistema solar y los elementos relacionados con el espacio. En el jardín de infancia, ya se introducen, de forma básica, algunos elementos y características del sistema solar, como, por ejemplo, que éste toma su nombre de la estrella que ocupa el centro del sistema y que es «muy antigua» (unos 4 600 millones de años). O que distintos cuerpos astronómicos o celestes orbitan alrededor del sol.  El Sol, como estrella, tiene luz propia y produce una gran cantidad de energía, a diferencia de los planetas, que no tienen luz propia. En esta etapa, se puede explicar a los niños los tipos de planetas, así como los planetas más importantes. En orden de proximidad al sol, se pueden mencionar los endoplanetas: Mercurio, Venus, la Tierra y Marte. Además, los niños pueden aprender que estos 4 planetas más cercanos al sol son pequeños y rocosos, a diferencia de los otros 4 planetas más alejados del sol, que son gigantes gaseosos. En esta etapa, los docentes pueden alternar la presentación de fotografías con adaptaciones infantiles del sistema solar (Fig. 1).

Los niños también deben conocer los cuatro grandes exoplanetas: Júpiter, Saturno, Urano y Neptuno. Además, los niños pueden aprender también sobre los asteroides. Detrás de los cuatro exoplanetas, hay un cinturón de asteroides llamado Cinturón de Kuiper (disco circumestelar en el sistema solar exterior que se encuentra detrás de Neptuno y es mucho más grande, 20 veces más ancho y de 20 a 200 veces más masivo que el cinturón de asteroides que está detrás de Marte).

En las sesiones teóricas de esta actividad, también se puede hablar de la existencia de otros cuerpos celestes en el sistema solar: los planetas menores o enanos, los satélites naturales, los asteroides (los meteoritos son fragmentos de asteroides) y los cometas (fragmentos de hielo, roca y gas; Fig. 2).

En la actividad principal, se han incluido algunos planetas menores o planetas enanos. Entre ellos, Plutón, considerado hasta el año 2006 el planeta más pequeño del sistema solar y que ahora está catalogado como planeta enano. Plutón está considerado «el Rey del Cinturón de Kuiper» debido a que su tamaño es mucho mayor que el de los otros planetas enanos. Plutón es muy similar en tamaño a Ceres, Makemake y Eris. Se puede explicar que, además de la luna, el satélite que orbita alrededor de la Tierra, existen otros planetas que también tienen sus «propias lunas» (satélites naturales que orbitan a su alrededor) y que cada luna tiene su propio nombre (aunque no es necesario que se aprendan los nombres en este nivel educativo). En lo que respecta a satélites naturales, Mercurio y Venus no tienen ninguno. Marte tiene 2, el gigante Júpiter tiene 67 (uno de los más grandes se llama «Europa»). Saturno tiene 61, Urano 27 y Neptuno 13.

Otros conceptos que se pueden explicar en esta etapa educativa son la rotación de los planetas alrededor del sol (órbita) y que esta es diferente a la rotación del sol y los planetas sobre su propio eje (rotación). En este punto, se puede hablar de Nicolás Copérnico (siglo XV) y de Galileo Galilei (siglo XVI). En el caso de la luna, otros elementos que se pueden introducir son los cambios visibles que se pueden observar en la cara visible del satélite natural de la Tierra durante un «ciclo lunar» (las «fases lunares»). Además, se puede explicar que la parte que podemos ver (la parte iluminada de la superficie de la luna) varía en función de su posición con respecto a la Tierra y al sol. De esta manera, los niños pueden aprender los conceptos de luna nueva, luna creciente, luna menguante y luna llena. En este punto se puede introducir el concepto de «eclipse». Los eclipses solares se producen cuando la luna pasa por delante del sol y proyecta su sombra sobre la Tierra. Los eclipses lunares se producen cuando la luna se ve afectada por la sombra de la Tierra. También se pueden introducir elementos culturales vinculados a la luna y a sus fases.

En esta etapa educativa, ya se pueden introducir otras cuestiones antrópicas, como los viajes espaciales o los objetos que se lanzan al espacio. Respecto al primer tema, los viajes espaciales son aquellos que tienen lugar en el espacio exterior. Recordemos que cuando estos viajes superan la órbita de la Tierra y la luna, se denominan viajes interplanetarios, dejando el nombre de viajes interestelares a los van más allá del sistema solar. Hasta la fecha, este tipo de viajes y lanzamientos de artefactos (como satélites de comunicaciones o sondas espaciales) se han realizado con diferentes fines: científicos, militares, para las comunicaciones y ahora… incluso con propósitos turísticos. En torno a este tema, surgen nuevos retos como el establecimiento de bases estables en la luna o la creación del primer campamento base en Marte.

En esta sección, se describe la actividad, sus objetivos pedagógicos y los materiales a desarrollar. La actividad ha sido diseñada para ser realizada junto con un robot educativo programable (PER, por sus siglas en inglés). Se puede utilizar uno de los muchos robots educativos programables actualmente disponibles en el mercado (Fig. 3).  El PER propuesto para esta etapa es fácilmente programable por niños y docentes, no siendo necesario para ello utilizar tabletas u otro tipo de dispositivo electrónico. Los docentes pueden desarrollar los materiales de la actividad de forma más «tradicional» o aprovechar esta oportunidad para mejorar sus habilidades digitales. La introducción de los PER y del uso de tecnologías, como la realidad aumentada, en esta actividad busca mejorar la eficacia de las intervenciones docentes (generando mayor interés, motivación y una participación más activa de los estudiantes durante el proceso de aprendizaje), así como promover una mayor interacción individual y colectiva con los estudiantes (docente-alumno) y generar al mismo tiempo entornos colaborativos, de comunicación y de cooperación entre los niños. Además de fomentar la participación y la implicación, la introducción de los robots PER y las actividades propuestas facilitan el desarrollo del pensamiento computacional al mismo tiempo que se trabaja el procesamiento visoespacial.

El primer paso es siempre establecer los objetivos pedagógicos de la actividad en base a las obligaciones curriculares. En este caso, la actividad básica (y las actividades complementarias o de enriquecimiento propuestas) contribuye a la consecución de las competencias objetivo de esta etapa o ciclo educativo. En particular, contribuye a desarrollar parte de los objetivos generales del «área de conocimiento del medio» y, a través de una de las propuestas de enriquecimiento, a desarrollar parte de los objetivos generales del «área de autoconocimiento». Entre los objetivos del área de conocimiento del medio ambiente se encuentran, entre otros, la observación y exploración del medio natural, el desarrollo de la creatividad y la iniciación en el conocimiento de las ciencias. Entre estos objetivos se pueden incluir, entre otros:

• Conocer algunos elementos del universo y del sistema solar (los planetas y algunos cuerpos celestes, incluyendo la posición y características del planeta Tierra en relación con los demás planetas del sistema solar); la rotación de los planetas alrededor del sol y sobre sí mismos; la luna (fases y eclipses) y la existencia de otras «lunas» o satélites naturales que orbitan alrededor de otros planetas.
• Aprender sobre viajes espaciales, inventos y tecnologías utilizadas para explorar el espacio (como los cohetes o la Estación Espacial Internacional) y para nuestra vida diaria (como los satélites de comunicación).
• Practicar nociones básicas de medida y comparación (grande/pequeño, más grande que... más lejos que... más frío que...).
• Construir por sí mismos los elementos de enriquecimiento de la actividad (en función de los retos propuestos).
• Cuidar de los materiales y de los robots.
• Ayudar a los compañeros que lo necesiten a programar el robot y respetar los turnos establecidos.

El robot (PER) se debe seleccionar en función de los recursos económicos disponibles, número de alumnos, etc. Existen robots comerciales PER en el mercado (Fig. 3). Programar los robots es muy fácil, solo hay que especificar qué acciones tiene que realizar el robot. Entre las acciones que se pueden especificar se incluyen cuántos pasos debe dar hacia adelante o hacia atrás, girar a la izquierda o a la derecha o realizar cualquier otra acción, como, por ejemplo, hacer ruido, reproducir música, encender las luces, etc. Estas acciones se establecen pulsando de forma repetida los botones que los robots tienen en sus carcasas (movimientos mínimos necesarios: adelante, atrás, girar a la izquierda, girar a la derecha). Las páginas web del fabricante del robot y los folletos de instrucciones ofrecen información sobre cómo usar el robot.

Puede parecer obvio, pero es importante comprobar que los robots están correctamente cargados antes de iniciar la sesión. Algunos robots educativos funcionan con pilas o baterías, mientras que otros se cargan a través de una conexión USB. Tablero de juego/alfombrilla de ratón: existe un modelo descargable en formato PDF y listo para imprimir. También puede descargar las tarjetas con las que se puede construir un tapete o tablero personalizado (usando para ello Indesing, Coreldraw, Illustrator, etc.; Fig. 4). A modo de ejemplo, se facilitan tableros de cuadrados 4x4, pero es posible construir manualmente tapetes con un mayor número de cuadrados de juego, repitiendo algunos elementos (por ejemplo, añadiendo asteroides para delimitar zonas por donde no es posible pasar). El modelo descargable está dimensionado para un robot educativo concreto, por lo que los cuadrados y piezas del juego son cuadrados de 12,5 cm, que es la distancia que recorre el robot elegido (Code&Go®) con cada pulsación (por ejemplo, en el caso del robot Bee-Bot esta distancia es de 20 cm).

Las «tarjetas ordinarias» se utilizan, por ejemplo, para indicar a los niños a dónde deben llevar su robot (Fig. 4, abajo). También se utilizan para poder comentar/preguntar determinadas cuestiones relacionadas con el tema general seleccionado. Por ejemplo, para introducir un tema sobre qué es un satélite artificial y para qué sirve. Se pueden usar «gráficos especiales» para mostrar los planetas con realidad aumentada. En ese caso, es necesario utilizar un nuevo componente que permita la visualización de los elementos de realidad aumentada, como un teléfono inteligente o tableta (ver Mejorar la actividad). Las tarjetas y otros componentes deben ser impresos (tinta/láser) o fabricados de otra forma (se pueden hacer a mano o se puede contratar un servicio profesional (como, por ejemplo, PrintNinja[1] o BoardgamesMaker[2])). Compruebe que tiene todas las cartas necesarias para el tema que quiere tratar en la sesión. Decida si va a utilizar un tapete de juego o si va a utilizar fichas con la dimensión del desplazamiento del robot seleccionado. En el caso de que vaya a realizar actividades complementarias, asegúrese de tener los materiales necesarios para ello (rotuladores, plastilina, cartón, etc.). Prepare una narración adecuada del tema que se vaya a tratar durante la sesión (estudiar los planetas, las fases de la luna, los viajes espaciales, etc.). Verifique que la narración (narrativa) y la actividad propuesta (juego) integran todos los elementos conceptuales y pedagógicos necesarios para cumplir con los objetivos pedagógicos de la sesión.

No existe una única forma de desarrollar la actividad, por lo que existen múltiples opciones antes de preparar una sesión o taller con los niños. Una vez determinado el tipo de tablero de juego que se va a utilizar para jugar, el siguiente paso consiste decidir si la actividad a desarrollar va a ser de tipo exploratorio, cooperativo, competitivo… para así poder comunicar las «reglas del juego». La mecánica debe estar clara y transmitida (en la que se explique cómo elegir los «destinos» a los que se dirigirá el robot, si hay turnos o si el juego se jugará simultáneamente, si habrá algún tipo de reconocimiento o recompensa). Se puede empezar «explorando» y durante las siguientes sesiones ir perfilando los contenidos que se tienen que aprender y comprender. Una forma muy fácil de empezar es usando el robot con un tablero prediseñado por el docente y seleccionando los «destinos» mediante dados o cartas. De este modo, los niños pueden aprender los planetas. Los niños tendrán que programar el robot para que se mueva de un planeta a otro de forma individual, en parejas o en grupos. Los niños también pueden crear su propio circuito con las tarjetas y luego usar el robot para moverse sobre esas tarjetas como si fuera un tablero de juego (Fig. 5).

Posteriormente, revise lo que han aprendido creando un tablero basado en tarjetas en el que se les pide que ordenen los planetas usando la tarjeta «sol» como punto de partida. Los niños deben programar los pasos que tiene que dar el robot para desplazarse desde un punto de partida a uno de llegada. Por ejemplo, el robot se tiene que desplazar desde la Tierra a Júpiter sin pasar por la tarjeta o ficha que representa los asteroides. Los niños tienen que programar los pasos que tiene que dar el robot para ir desde un punto seleccionado a otro. Por ejemplo, mover el robot desde la Tierra a Júpiter sin pasar por la tarjeta o ficha que representa los asteroides. Una vez los niños hayan aprendido a utilizar el robot y estén familiarizados con los planetas, con los cuerpos celestes y con conceptos como la rotación o las fases de la luna, se pueden empezar a hacer actividades más complejas (con una mayor dificultad en el juego o que introduzcan elementos competitividad o cooperación) y que impliquen la incorporación de componentes tradicionales del juego como insignias populares, la entrega de recompensas, etc. Una vez que ya hayan aprendido los planetas y se hayan tratado en el aula los viajes espaciales, se puede proponer una actividad basada en el «aprendizaje activo» (aprendizaje basado en proyectos, aprendizaje basado en problemas, aprendizaje por descubrimiento, etc.). Por ejemplo, se puede proponer la idea de establecer una «base/campamento en Marte» (en el aula) comenzando con una simple pregunta que sirva como guía, por ejemplo: «¿Qué necesitamos para establecer nuestro campamento y vivir en Marte?». En este caso, por ejemplo, los niños pueden utilizar el PER como un robot explorador para transportar lo que quieran de un campamento a otro. En cada reto o actividad propuesta, el docente debe indicar claramente: a) El objetivo del juego (por ejemplo, llevar el robot a todos los planetas del sistema solar).  b) Las reglas del juego (por ejemplo, un error en la programación del destino del robot significa la pérdida de un turno).  c) Y las recompensas (por ejemplo, otorgar una insignia por cada planeta visitado).

El material ha sido diseñado de forma que facilita la implicación de los alumnos y el desarrollo de actividades diferentes, pero relacionadas, basadas en el uso de modificaciones con respecto a la mecánica y a los componentes del juego. Los materiales de la actividad propuesta permiten introducir fácilmente nuevas actividades complementarias de acuerdo con las necesidades educativas de cada clase. Hay múltiples posibilidades para complementar o mejorar la actividad. En esta sección, proponemos a los docentes introducir la realidad aumentada (RA). La realidad aumentada permite a los estudiantes entrar en contacto con una «realidad diferente» gracias a la tecnología, de la mano de los docentes y en un entorno seguro. También permite ofrecer a los niños una correcta vista espacial (3D) de los elementos que estudian en la actividad (es decir, los planetas) en lugar de mostrar solo imágenes estáticas.  Usando la terminología del Marco Europeo para la Competencia Digital de los Educadores (DiGCompEdu), se abordan iniciativas para el enriquecimiento de las actividades para todos aquellos cuyas habilidades digitales aún se encuentran en los niveles A1 (principiante) y A2 (explorador), pero que desean experimentar con nuevos formatos y métodos pedagógicos en sus actividades. Para incorporar la realidad aumentada, se requiere tanto hardware como software. El hardware es el dispositivo utilizado para la visualización de la realidad aumentada. Para ello, el dispositivo debe contar con una pantalla en la que se muestren imágenes del entorno real (captadas con la cámara del dispositivo) sobre las que se superponen las imágenes virtuales que complementan la escena (por ejemplo, un planeta en 3D que emerge del tablero). Este dispositivo puede ser cualquier teléfono inteligente o tableta. Eso sí, si se utiliza un dispositivo muy antiguo o de gama baja, el rendimiento de éste puede ser demasiado bajo y arruinar la experiencia.

El software hace referencia a la aplicación instalada en el dispositivo que debe ejecutarse para realizar la superposición de imágenes en la pantalla. Para ello, existen básicamente dos opciones. En la web del proyecto «Erasmus+ STEAM UpGrade», hay disponible una aplicación descargable que funciona automáticamente con las piezas también facilitadas para diseñar el tablero del sistema solar y que asocia a cada pieza un modelo 3D animado del planeta u objeto correspondiente.  En caso de que se quiera personalizar la imagen asociada a las piezas del tablero con otro modelo 3D, puede recurrir a apps genéricas como MyWebAR[5] o ARViewer[6], si bien estas aplicaciones tienen ciertas limitaciones. Por un lado, aunque son aplicaciones diseñadas para usuarios sin muchos conocimientos técnicos, puede resultar complicado conseguir una verdadera personalización. Por otro lado, las versiones gratuitas de estas aplicaciones pueden estar limitadas a algún tipo de imágenes (por ejemplo, la versión gratuita de MyWebAR solo permite utilizar códigos QR) o pueden limitar la cantidad de modelos diferentes que se pueden mostrar. La imagen aumentada del planeta también puede ir acompañada de una grabación de voz y/o texto, ya sea para ofrecer información complementaria o para plantear un reto.

• Basura o desechos espaciales (¿qué es la basura espacial y por qué es peligrosa para nosotros?); satélites artificiales y sondas espaciales (¿para qué sirven?).

• Vivir en otro planeta (¿qué te llevarías a un campamento en Marte? ¿qué reglas establecerías para vivir en ese campamento?)

El uso de los robots educativos y de actividades como la propuesta también puede resultar beneficioso para los alumnos con necesidades educativas especiales, si bien para ello es necesario realizar ciertas adaptaciones. En el caso de los niños con altas capacidades, el modelo de robot presentado no es el más recomendable, ya que resulta demasiado fácil programarlo. Se recomienda ver los robots propuestos para las actividades de primaria e incluso de secundaria. En estos casos, habría que evaluar la conveniencia de realizar propuestas de juego (retos) que introduzcan un mayor nivel de dificultad. Por ejemplo, haciéndoles calcular distancias visualmente, en lugar de usando tarjetas. En el caso de alumnos con dificultades de aprendizaje, se deben tener en cuenta las características de cada niño antes de seleccionar el robot con el que van a trabajar, especialmente en el caso de niños con TEA. Por ejemplo, debe analizarse si los sonidos o destellos molestan o alteran a los niños con ciertas sensibilidades. En el caso de niños con TDAH, el uso del robot puede mejorar la atención y ayudar a controlar la impulsividad. En ambos casos es recomendable que estos niños aprendan a manejar el robot antes de realizar las actividades con el grupo para que así adquieran un mayor control y confianza en sí mismos. Uno de los problemas que suelen surgir cuando se empieza a usar este tipo de modelos de robots educativos es conseguir que el alumnado entienda que absolutamente todos los movimientos que va a realizar el robot tienen que estar programados. Para ello, hay que descomponer el movimiento del robot en todos los diferentes pasos. Esta es una característica de la programación que los niños deben entender bien. Para facilitar su comprensión, una posibilidad es empezar usando pequeñas tarjetas para marcar la dirección del movimiento o planificando los movimientos antes de programarlos con los botones (Fig. 7).

Uno de los errores más comunes al principio es pensar que al presionar el «botón de giro» el robot gira y avanza al mismo tiempo. Sin embargo, no es así. Los niños tienen que comprender que rotar y avanzar son dos comandos diferentes y que por tanto tienen que programarlos por separado. Si no entienden esto, pueden aparecer errores que frustren a los niños, especialmente en el caso de los niños con necesidades especiales. Por lo tanto, es muy importante que practiquen esto hasta que todo el grupo lo entienda.

Este taller de actividades de aprendizaje STEAM está enfocado a que a los docentes de preescolar (y primaria) en activo y en formación se familiaricen con los robots educativos (RE) y con el diseño de las piezas del juego utilizando diferentes programas (por ejemplo, Paint 3D, Illustrator, Photoshop, GIMP). Esta actividad presenta a los docentes sin experiencia previa en robótica conceptos del hardware y del software de los RE y les ofrece ejemplos y temas de debate sobre las actividades realizadas en el aula. En función de las características de los niños y del número de robots disponibles, esta actividad se puede llevar a cabo utilizando diferentes variantes del juego. La proporción recomendable es como máximo 1 robot por cada 4 niños. No es recomendable que los niños jueguen solos (salvo en el caso de niños con necesidades especiales). De esta forma, los niños tienen que compartir materiales y esperar su turno para hablar. Al comienzo del taller, se prueban todos los materiales.  Los participantes reciben información básica sobre los robots y los materiales que se van a utilizar. Así como sobre la necesidad de cuidar los materiales para poder utilizarlos de nuevo en otras actividades en el futuro. Tienen que actuar como los astronautas que cuando viajan al espacio trabajan en grupo, ayudan a otros equipos y cuidan los materiales.

Al inicio del taller, se facilita a los participantes los materiales, términos y conceptos necesarios para la actividad (los conceptos teóricos relacionados con el sistema solar).  Los primeros minutos de la actividad son para explicar el significado de los distintos botones del robot (el cual podrá actuar a veces como nave espacial). Antes de empezar a utilizar los materiales del sistema solar, es necesario realizar varios ejercicios para comprobar que los alumnos han entendido bien cómo se programan los movimientos del robot. Durante la actividad, se pueden utilizar insignias y otros elementos para valorar el progreso de los niños. Se recomienda dedicar a la actividad 45 minutos aproximadamente, reservando siempre unos minutos al final de la clase para escuchar los comentarios de los niños: si les ha gustado programar el robot, si tuvieron algún problema y cómo se ayudaron entre ellos para resolverlo, lo que más les gustó de lo que aprendieron, etc.

• San Martin, J. Peribañez, E. (2021); Robótica y tecnologías emergentes aplicadas a la innovación educativa; Ed. Dykinson; ISBN 9788413779928
• Benitti, F. (2019); Exploring the educational potential of robotics in schools: A systematic review; Computers and Education, 58(3):978–988; https://doi.org/10.1016/j.compedu.2011.10.006
• Ümmü Gülsüm Durukan, Ebru Turan Güntepe & Necla Dönmez Usta (2022); Evaluation of the Effectiveness of Augmented Reality-Based Teaching Material: The Solar System; International Journal of Human–Computer Interaction; DOI: 10.1080/10447318.2022.2121041
• Leoste, J. Pastor, L. San Martín, J. Garre, C. Seitlinger, P. Martino, P. Peribañez, E. (2020); Using Robots for Digital Storytelling. A Game Design Framework for Teaching Human Rights to Primary School Students; International Conference on Robotics in Education (RiE).