Aprendamos de verdad con las 5E

El físico Robert Karplus, junto con su colega Thier, animado por una serie de buenas experiencias dando charlas y clases en la escuela de su hijo, desarrolló un ciclo de aprendizaje con el objetivo de elaborar un programa de ciencia para la escuela primaria y mejorar el contenido y aprendizaje de las ciencias. A finales de la década de los 80, el equipo Biological Science Curriculum Study (BSCS) elaboró una versión ampliada de este ciclo, denominada el modelo 5E. La actividad que se describirá a continuación está basada en esta herramienta, que consta de las siguientes fases:

• Implicar o enganchar: Se trata de captar la atención y el interés de los alumnos, mediante un determinada situación que les haga reflexionar y les genere cuestiones. Además, sirve para ver sus conocimientos previos sobre el tema y deducir malas interpretaciones.

• Explorar: Los estudiantes a través de una serie de actividades propuestas por el profesor deben explorar, investigar y buscar documentación e información acerca de la situación planteada, compartiendo sus ideas y observaciones con los demás.

• Explicar: En esta fase los alumnos deben explicar con sus propias palabras las evidencias que han obtenido sobre el tema, apoyándose en la información o hechos que han encontrado. A partir de las explicaciones de los alumnos, el profesor tiene que proporcionar una explicación formal del problema o situación, introduciendo el vocabulario adecuado. No es necesario extenderse demasiado ya que se darán explicaciones adicionales en las fases siguientes.

• Elaborar: Es turno de que los alumnos apliquen y experimenten con esos conocimientos adquiridos hasta el momento. El objetivo es que sean capaces de hacer frente a situaciones nuevas pero semejantes a las visualizadas.

• Evaluar: Esta fase se desarrolla paralelamente a la de elaboración, y es momento para que el profesor vaya corrigiendo las desviaciones de los alumnos, proporcionando un feedback y solucionando sus errores conceptuales con explicaciones adicionales.

De esta manera, se va a utilizar esta herramienta para diseñar una actividad de aprendizaje en el contexto de la materia de TIC , concretamente correspondiente al bloque de Programación de 2º de Bachillerato, aunque también está relacionada con el bloque de Sistemas Digitales de 2º de Bachillerato de la materia de Tecnología Industrial. Los objetivos de aprendizaje de la actividad son los siguientes:

• Conocer las aplicaciones que tiene una tarjeta programable

• Identificar distintos lenguajes de programación

• Distinguir los componentes y partes de la tarjeta Arduino

• Evaluar las posibles estrategias y soluciones de un problema

• Diseñar un algoritmo que permita dar solución a un determinado problema

• Cargar el programa creado a una tarjeta Arduino y conectarla a elementos externos

Las sesiones que componen el desarrollo de la actividad son las siguientes:

Sesión 1 (implicar y explorar): Se comenzará la actividad con el visionado de un vídeo donde aparezcan una serie de proyectos llamativos y estimulantes que hayan sido realizados mediante alguna tarjeta Arduino u otro tipo. Estos reflejarán aplicaciones como puede ser el encendido y regulación de la iluminación del hogar, subida o bajada de persianas con la voz, control de drones, control de un brazo robot, etc. Tras ver el vídeo, los alumnos escribirán en un padlet cuál creen que es el elemento que está detrás de estas aplicaciones y cuál es su idea de cómo funciona. Las aportaciones que hayan ido haciendo los alumnos se leerán para que de manera cooperativa puedan hacerse una idea de los conceptos que entran en juego. Esta parte nos llevará unos 20 minutos.

En el resto de la sesión los alumnos tendrán que investigar y buscar acerca de las situaciones que se les han planteado, en este caso sobre el nuevo concepto: qué es una tarjeta programable, cuáles son los modelos comerciales más extendidos, que se puede hacer con ellas, cuáles son sus componentes, que lenguajes de programación se pueden utilizar, etc. Para esta fase, los alumnos serán agrupados por parejas, y tendrán la posibilidad de ir intercambiando las observaciones y evidencias que vayan encontrando. Pueden apoyarse de vídeos explicativos, tutoriales en youtube, etc.

Sesión 2 (explorar): Dado que en la sesión anterior los alumnos solo disponían de la mitad del tiempo de la clase, en la siguiente sesión los alumnos podrán retomar su proceso de exploración e investigación, y tendrán la sesión entera para profundizar y terminar el proceso.

Sesión 3 (explicar): Una vez los estudiantes hayan estado trabajando e investigando sobre el concepto, tendrán que exponer al resto de la clase con sus propias palabras qué es eso de la tarjeta programable, cuáles son los parámetros y componentes más característicos, que modelos existen, para que se utilizan, etc. Una vez las parejas hayan explicado a sus compañeros sus evidencias y observaciones, el profesor aprovechará para dar una explicación formal acerca de cómo funciona en concreto la tarjeta Arduino, cómo permite cargar un programa informático con una serie de algoritmos a un controlador, el vocabulario referente a los pines de entrada y salida, el puerto usb de conexión entre la placa y el ordenador, repasar los conceptos previos del lenguaje de programación C++, etc.

Sesión 4, 5 y 6 (elaborar): Para que los estudiantes apliquen los conocimientos adquiridos hasta el momento, se les organizará en grupos de 3 componentes, y tendrán que crear un programa en lenguaje C++ utilizando el entorno de programación de la tarjeta Arduino. El programa tendrá que ser capaz de controlar unas tiras de luces led, con una determinada secuencia de encendido y apagado, simulando un alumbrado decorativo para su habitación, y se deberá poner en marcha al accionador un interruptor. A cada grupo de trabajo se les proporcionará una secuencia diferente. Una vez los alumnos tengan creado el algoritmo correspondiente, tendrán que cargarlo a la placa. Una vez que el programa se compila correctamente, tendrán que realizar las conexiones necesarias que permitan alimentar los leds que se les proporcionarán y comprobar que la secuencia de funcionamiento es la exigida.

Como se ha comentado, el proceso de evaluación se realiza de manera paralela a la fase de elaboración, en este caso durante las sesiones que los alumnos estén diseñando e implementando el programa en la placa Arduino. El profesor irá pasándose por los puestos de trabajo, dividiendo el tiempo total de la sesión por cada grupo para que todos puedan recibir una atención adecuada, resolviendo sus dudas, dándoles explicaciones adicionales, escuchar cuál ha sido el planteamiento de los alumnos a la hora de resolver el problema, redirigirlo en caso de que sea necesario, ver si son capaces de realizar las conexiones externas de la placa a los led, etc. Además, los alumnos tendrán que mostrarle al final del proceso que el programa funciona correctamente.

En mi opinión, creo que el modelo 5E nos insta a encontrar una manera de estimular y atraer la atención de los estudiantes desde el principio, e intentar relacionarlo con experiencias previas que han tenido o han visto, o que les pueden resultar interesantes. Empezar la actividad con el visionado de una serie de proyectos hechos con Arduino, que podemos encontrar en Youtube y que en muchos casos están realizados desde el ámbito “casero” puede despertar su interés y pensar: “¿cómo se hace eso?” “¿podría hacerlo yo también?”. Por otro lado, considero que el darles esa autonomía en la búsqueda de información que permita resolver esas preguntas es muy positiva ya que en un ambiente colaborativo pueden llegar a establecer sus propias redes conceptuales, y posteriormente ser complementadas con la explicación más formal y técnica por parte del profesor, y que les aclare un poco el horizonte. De esta manera, pueden lograr un aprendizaje significativo. Además, el hecho de dejarlos trabajar en grupo para crear el programa informático va a obligarlos a reflexionar y evaluar posibilidades, hecho que no ocurriría si se limitaran a "copiar" el problema que hemos hecho en la pizarra o en la pantalla.

Diseñando esta herramienta he aprendido que puedo conseguir una estructura que tenga como partes fundamentales la autonomía y la exploración de los alumnos, algo muy importante para que construyan su propio conocimiento. Por otro lado, he comprendido que no es necesario realizar una sesión entera o varias explicando los conceptos o la teoría, sino que es preferible dar las pinceladas justas que necesiten para empezar y durante el proceso dar una atención más personalizada y que de respuesta a las posibles dificultades que cada alumno o grupo vaya encontrando por el camino. Al hilo del desarrollo de la actividad, he percibido que tengo un vacío en lo que respecta a lenguajes de programación y al uso de tarjetas programables, y por tanto creo que necesito formación en el uso de Arduino.

Desde la perspectiva de la propia herramienta en si me asaltan las dudas si por el hecho de no querer someterlos a largas sesiones de explicaciones esto pudiera provocar lagunas de conocimientos en los alumnos, o que pudieran llegar a obtener malas interpretaciones. Sin duda, considero que esto lleva a la necesidad de profundizar en el diseño y aprendizaje respecto a la fase de evaluación, pues se desarrolla paralelamente al trabajo de los alumnos, y creo que es vital para rectificar los posibles errores.