TRABAJO DE FIN DE MÁSTER
MEDIOAMBIENTE Y AUTOMATIZACIÓN
Víctor Manuel Bea González
Máster Universitario: Formación del Profesorado (Especialidad/Itinerario: Tecnología e Informática) Centro de Estudios de Postgrado
Año Académico 2019-20
Palabras clave del trabajo:
medioambiente, automatización, ahorro de energía
Nombre Tutora del Trabajo: Rosa María Rius Benedito
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MEDIOAMBIENTE Y AUTOMATIZACIÓN
Víctor Manuel Bea González
Trabajo de Fin de Máster
Centro de Estudios de Postgrado Universidad de las Illes Balears
Año Académico 2019-20
Palabras clave del trabajo:
medioambiente, automatización, ahorro de energía
Nombre Tutora del Trabajo: Rosa María Rius Benedito
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Índice
1. Introducción ... 5
1.1 Justificación ... 6
1.2 Objetivos ... 7
2. Estado del arte ... 8
2.1 Educación medioambiental ... 8
2.2 La domótica como medida medioambiental para el ahorro de energía10 2.3 Herramientas educativas para el desarrollo de sistemas automatizados ... 15
2.4 Desarrollo cognitivo ... 26
3. Propuesta didáctica ... 27
3.1 Contexto ... 27
3.2 Objetivos didácticos ... 28
3.3 Currículum ... 29
3.4 Desarrollo y metodología ... 30
3.5 Temporalización ... 35
3.6 Evaluación ... 40
3.7 Recursos ... 41
4. Propuestas futuras y conclusiones ... 43
5. Referencias bibliográficas ... 45
6. Citas... 48
7. Anexos ... 49
7A – Currículum ... 49
7B – Formación Grafcet, VirPLC y Scratch (fichas y soluciones) ... 67
7C – Proyecto vivienda domótica ... 81
7D – Planos de Proyecto ... 88
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7E – Rúbrica ... 90
Tabla de figuras
Figura 1: Elementos de consumo principales en una vivienda. ... 11Figura 2: Indicadores en Sector Residencial en España, 2000-2016 ... 13
Figura 3: Descripción lógica de Ladder. ... 17
Figura 4: Ejemplo simple de paso de Grafcet a Ladder. ... 18
Figura 5: Ejemplo completo de paso de Grafcet a Ladder. ... 18
Figura 6: Ejemplo de Grafcet... 20
Figura 7: Ejemplo de ventana de trabajo en ClassicLadder. ... 22
Figura 8: Ejemplo de ventana de trabajo en VirPLC. ... 23
Figura 9: Ejemplo de ventana de trabajo en PLCOpen Editor. ... 24
Figura 10: Ejemplo de ventana de trabajo en Scratch. ... 25
Figura 11: Esquema desarrollo de la propuesta. ... 34
Figura 12: Ejemplo gráfico de la temporalización. ... 39
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1. Introducción
Educar para la sostenibilidad es la hoja de ruta que sigue la sociedad debido a la terrible situación medioambiental que se está viviendo. Los centros de educación se encuentran trabajando sobre diferentes líneas de actuación, como el ahorro de agua, electricidad o combustibles, así como un consumo responsable para contribuir a frenar el cambio climático
Gracias a la aplicación de las nuevas tecnologías es posible implementar en las instalaciones de edificios o viviendas residenciales sistemas que permiten el ahorro y eficiencia energética.
Desde la revolución digital de las aplicaciones durante la última década, el uso de herramientas software en las aulas es considerado como un recurso educativo potente (producción, 2018). Los procesos de aprendizaje han logrado adaptarse a esta revolución tecnológica cambiando nuestros hábitos de vida y afectando a nuestro entorno. Es por ello que los jóvenes actuales son considerados nativos digitales.
El número de aplicaciones desarrolladas hasta la actualidad es muy amplio y variado, ofreciendo al profesorado aplicaciones específicas que permiten reforzar, cambiar o mejorar la forma en que el alumno adquiere ciertas competencias.
Este documento ofrece el desarrollo de aplicaciones automatizadas implementables sobre edificios o viviendas, para así transformarlos en eficientes.
Su desarrollo se basará en herramientas software de licencia gratuita y sin material extraordinario más allá de un ordenador. Además, se utilizará software de simulación programable mediante lenguaje gráfico como base a la introducción a la programación.
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1.1 Justificación
En la actualidad, el cambio climático es uno de los problemas más graves a los que se enfrenta la sociedad debido al elevado consumo de energía y la contaminación. La educación ambiental afronta un papel importante para frenarlo, mediante la disminución del consumo energético, concienciando y educando en valores (ERERGETICA, s.f.).
Gracias a la implementación de las tecnologías en viviendas y edificios es posible ahorrar en electricidad, agua o combustibles, ayudando así en la lucha contra el cambio climático. Estas tecnologías se basan en aplicaciones desarrolladas gracias a la automatización o domotización de diferentes elementos de la instalación. Por ello, es necesario contribuir en la educación en valores medioambientales y pensamiento lógico a través de la automatización de instalaciones en viviendas o edificios.
La dificultad del desarrollo de soluciones o aplicaciones que contribuyan a un ahorro de energía en viviendas o edificios no reside en la expresión de las instrucciones, ni en formar alumnos que sean genios de la programación o automatización, sino en el desarrollo del uso de la lógica (Ferrer Rojas, 2017) y en ofrecer un contacto más amable hacia sistemas de programación (Felipe García, s.f.); dotando de este modo a los alumnos con las herramientas cognitivas necesarias que les permitan conocer cómo se construye el lenguaje digital en lugar de una sintaxis cambiante (Largo, 2017).
Debido a la situación actual de los centros educativos, en relación con las dificultades presupuestarias para la adquisición de nuevos materiales, y para poder adaptarse a la mayoría de centros educativos, los recursos de este proyecto no exigirán más que ordenadores donde instalar las herramientas software necesarias.
7 Éstas se basan en una programación lógica, acompañada de representación gráfica que permita al alumno adquirir las competencias digitales como:
- El uso de lenguajes de programación.
- Procesos tecnológicos.
- Desarrollo del pensamiento lógico que contribuya a diferentes competencias como las matemáticas.
1.2 Objetivos
El presente trabajo tiene como objetivo contribuir en la educación medioambiental mediante la tecnología de automatización, iniciando al alumno en la programación y el uso de la lógica. Se utilizarán herramientas de simulación que se basen en un lenguaje de programación visual. Para ello se emplearán los lenguajes Ladder (diagrama de contactos) y Grafcet (diagrama de flujo), así como programación por bloques (Scratch). Los objetivos generales son:
1. Contribuir a la educación medioambiental en valores.
2. Contribuir al pensamiento lógico y razonamiento del desarrollo cognitivo del alumno.
3. Ofrecer iniciación al alumno en la programación mediante autómatas.
Además, como se ha mencionado en el punto anterior, uno de los propósitos del proyecto es no precisar de material extraordinario más allá de un ordenador.
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2. Estado del arte
Para alcanzar los objetivos planteados en el punto 1.2, es preciso conocer el contexto en el cual se desarrolla el documento. En el presente capítulo se desarrollarán cuatro puntos:
1. Educación medioambiental.
2. La domótica como medida medioambiental para el ahorro de energía.
3. Herramientas educativas para el desarrollo de sistemas automatizados.
4. Desarrollo cognitivo.
2.1 Educación medioambiental
La situación actual a la que se enfrenta la humanidad afecta a todas las personas que la integran, y de no existir una concienciación conjunta sobre la misma la existencia de la especie humana peligra, tratándose así la conservación del medio ambiente de un problema principal y complejo. El cambio climático se ha convertido en una de las mayores preocupaciones políticas, económicas, sociales y educativas de la época contemporánea (Morales, 2012).
En el sistema educativo, el cambio climático es una parte vital de la educación ambiental para el desarrollo sostenible y la competencia eco-social. Los principales objetivos de la educación medioambiental incluyen la construcción de un futuro sostenible, la inspiración para la acción y la práctica de habilidades de influencia a nivel social y personal. Es imperativo no sólo aprender a comprender a fondo el cambio climático, sino también a modificar el comportamiento y las acciones propias. En este contexto, el comportamiento se refiere a las medidas que las personas toman para hacer frente al cambio climático. Además de los
9 ciudadanos activos, muchas instituciones sociales están desarrollando técnicas de mitigación y adaptación, y la educación sobre el clima debería proporcionar al menos información básica sobre estos agentes (What is Climate Education?, s.f.).
El término de educación ambiental nace a medida que la problemática del medio ambiente se ha hecho más perceptible por la sociedad, iniciándose así los primeros pasos sobre una necesidad de concienciación. El primer evento fue en 1975, en Belgrado, donde se realizó el primer Seminario Internacional de Educación Ambiental, en el que participaron expertos de más de 70 países. Es entonces cuando surgieron los principios de la educación ambiental y la Carta de Belgrado, en la que se exponen los fundamentos de la educación ambiental.
Uno de los objetivos principales fue (Mabel Fernández Izard, 2020):
“Formar una población mundial consciente y preocupada con el medio ambiente y con los problemas asociados, y que tenga conocimiento, aptitud, actitud, motivación y compromiso para trabajar individual y colectivamente en la búsqueda de soluciones para los problemas existentes y para prevenir nuevos.”
De modo que la educación ambiental hace referencia a aquellos procesos formativos diseñados para la educación en valores medioambientales que permitan el cambio de actitudes y comportamientos (EDUCACION, 2010). Un claro ejemplo es el consumismo, uno de los graves problemas que sufre el mundo moderno basado en una estrategia de incremento constante de la producción, ignorando las desigualdades entre lugares y ámbitos geográficos del planeta, con una producción desenfrenada y modelos de producción industrializados que no pueden mantenerse sin deteriorar gravemente los recursos del planeta.
El cambio climático es el ejemplo perfecto de un problema relacionado con la ética, la moral y los valores. El nivel de vida y el uso irracional de la energía o de
10 elementos fundamentales como el agua, constituyen la principal causa de la destrucción de la naturaleza (EDUCACION, 2010).
No sólo se trata del agotamiento prematuro de recursos naturales, sino además de la acumulación de residuos que se generan día a día (Cantera, 2002). Por ello, en estos últimos años las ideas favorables al desarrollo sostenible se han ido abriendo paso (UNESCO, s.f.).
Los diferentes objetivos de la educación sobre el cambio climático hacen referencia a motivar a las personas a vivir de un modo más sostenible y amigable con el planeta. A pesar de que no existe una solución simple, es necesaria la capacidad de comprender y procesar valores y emociones vinculados al cambio climático.
En la actualidad, son diversas las distintas administraciones, entidades, organizaciones o fundaciones que desarrollan y promueven programas de educación medioambiental. En las Islas Baleares se encuentran entidades como Consell de Mallorca o el GOB Mallorca, con el objetivo de trabajar diferentes temáticas y valores, aunque la responsabilidad de ésta educación no recae sólo en unos pocos, sino en el conjunto de la sociedad.
2.2 La domótica como medida medioambiental para el ahorro de energía
El ahorro energético presenta un papel fundamental para la mejora y la conservación del planeta, siendo uno de los principales métodos para ello.
Cuando se habla de ahorro energético, éste suele tener una connotación de ahorro económico, siendo este último un motivo más atractivo para la sociedad y las empresas.
11 Con el avance la tecnología y el desarrollo de nuevas aplicaciones en el sector de las instalaciones, ahorrar energía es posible. Para ello, existen diversas opciones tecnológicas, como los electrodomésticos de bajo consumo, las energías renovables o la automatización.
Un sistema domótico en una vivienda se trata de una inversión que puede presentar una amortización relativamente corta porque, además de ahorrar en el gasto económico, aporta confort en sistemas de clima o iluminación y control de diferentes elementos de la vivienda, todo ello a través de procesos automatizados, teléfonos móviles, ordenadores y/o mandos a distancia. Por tanto, reducir el consumo de agua, electricidad y/o combustibles, significa, además de reducir el coste económico, contaminar menos, contribuyendo así a la lucha contra el cambio climático siendo sostenibles con el medio ambiente.
Como se ha mencionado anteriormente, los elementos de consumo que permiten ahorrar mediante la automatización son:
Figura 1: Elementos de consumo principales en una vivienda.
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2.2.1 Organizaciones
La importancia del ahorro de energía para salvar el planeta es tan grande que son diferentes los proyectos trabajando en la misma dirección, tanto a nivel local, estatal, europeo como mundial. En la web del Ministerio para la Transición Ecológica y el Reto Demográfico (AENOR, 2008), se recogen diferentes datos de interés como proyectos, planes o análisis respecto al cambio climático.
Destacar el curso de la lucha contra el cambio climático a nivel internacional con la Convención Marco sobre Cambio Climático (CMNUCC), el Protocolo de Kioto y el Acuerdo de París:
- CMNUCC. Iniciado en 1992, se fundamenta en el reconocimiento de la existencia de la problemática del cambio climático, señalando como principal propósito alcanzar la estabilización de las concentraciones en la atmósfera de gases de efecto invernadero, para poder evitar así los peligros ocasionados por el cambio climático; todo ello en un periodo de tiempo que permita adaptar el sistema, garantizando la producción de alimentos y el desarrollo económico de manera sostenible (AENOR, 2008).
- Protocolo de Kioto. Años después de la CMNUCC, en 1997, los gobiernos acordaron incorporar medidas jurídicamente vinculantes para la reducción o limitación de emisiones, con el fin de reducir las emisiones de gases que desencadenan en el efecto invernadero, en los principales países desarrollados, con un calendario para su cumplimiento.
- Acuerdo de París. Surge debido a que el Protocolo de Kioto cubre solo parte de las emisiones de gases de efecto invernadero. Éste tiene el objetivo de que cada 5 años, todos los países deben comunicar y mantener sus objetivos nacionales de reducción de emisiones para
13 alcanzar dichos objetivos y así procurar que la temperatura media del planeta no aumente más de 2ºC.
Son muchos los esfuerzos que la sociedad debe de realizar para frenar el cambio climático. A través de la automatización podemos aportar una forma de ahorrar energía que permita reducir las emisiones de gases, responsables del aumento de temperatura del planeta debido al efecto invernadero, tanto de forma directa como indirecta, mediante la reducción del consumo de energías.
2.2.2 Automatización y domótica
El consumo de energía en los hogares depende de diferentes factores, como por ejemplo el económico. El proyecto Odyssee-Mure analiza con detalle la evolución del consumo de energía en el sector residencial en España. Éste señala un aumento del consumo de energía residencial en los últimos 3 años, principalmente debido al incremento del número de viviendas ocupadas.
También menciona un incremento del confort, viviendas de mayor superficie, mayor equipamiento de los hogares y pautas de comportamiento. Sin embargo, señala que estas contribuciones han sido parcialmente contrarrestadas principalmente por el efecto asociado a las mejoras tecnológicas en las viviendas y equipamiento (Energía, 2018).
Figura 2: Indicadores en Sector Residencial en España, 2000-2016
14 La domótica y la automatización ha aportado a muchas viviendas la capacidad de ahorrar en electricidad, combustibles o agua.
En electricidad, se puede ahorrar en iluminación, climatización o electrodomésticos. Por ejemplo, con la iluminación son esenciales los sistemas que se adaptan a los diferentes niveles de iluminación, presencia de personas o zonas de la vivienda. También mediante un control de toldos, cortinas o persianas. La utilización de sistemas crepusculares y temporizadores se convierten en sistemas básicos para el ahorro de energía.
En los combustibles el ahorro es referente a sistemas térmicos de climatización de calefacción o aire acondicionado, existiendo una gran variedad de metodologías para ello. Pero, además, puede ser interesante complementarlo con sistemas de alarma de fugas o averías para una buena gestión y mantenimiento del sistema, evitando consumos elevados que puedan provocar elevados niveles de contaminación innecesarios.
Para el ahorro de agua vuelven a ser útiles los sistemas de alarma y mantenimiento, que a su vez generen cortes de suministro, y los sistemas automatizados, para detectar el nivel de humedad del suelo, o estaciones meteorológicas.
Estos son solo algunos ejemplos de soluciones varias que permiten el ahorro de energía mediante domótica y sistemas automatizados. En la actualidad, existen diferentes vertientes de implementación y sistemas que ofrecen a la sociedad un amplio abanico de adaptación para el ahorro de alguno de los elementos mencionados anteriormente. Se encuentran desde tecnologías más conocidas como KNX o Zigbee, hasta elementos conectados a internet (IoT). Este último ha acercado masivamente a las viviendas los sistemas automatizados y la inteligencia artificial mediante la comunicación inalámbrica. Sistemas como Google Home, Alexa o Siri están marcando una posible hoja de ruta para llegar
15 masivamente a todas las viviendas, pero todavía falta mucho recorrido para satisfacer las necesidades del planeta y lograr máxima eficiencia en los hogares.
En el siguiente punto se describe de forma más detalla la tecnología propuesta para alcanzar los objetivos marcados en el presente documento.
2.3 Herramientas educativas para el desarrollo de sistemas automatizados
El campo de la automatización abarca diferentes ámbitos y todos ellos son complementarios entre sí como, por ejemplo, el control de la neumática, la hidráulica, la electricidad, la electrónica digital y analógica o la programación de automatismos. Pero la propuesta se centra en tres conceptos: (i) automatización con Ladder o diagrama de contactos, (ii) Grafcet y (iii) programación por bloques.
2.3.1 Conceptos
En los siguientes puntos se describe la disciplina que enmarca la propuesta educativa, basada en un entorno industrial mediante la tecnología de la automatización.
2.3.1.1 PLC
Un controlador lógico programable (PLC) es una unidad de hardware basada en los ordenadores, reforzada industrialmente para estar en situaciones ambientales no tan limpias como un ordenador personal. Está formado por: (i) un número determinado de entradas y salidas, (ii) una memoria, donde se carga el programa que define las relaciones entre el comportamiento del sistema, y (iii) los estados de los elementos de la entrada y la salida. Las entradas y las salidas permiten realizar funciones de control discretas o continuas para adaptarse a diferentes entornos de control.
16 La finalidad principal del diseño de los PLC fue para reemplazar los relés en la industria automotriz. En la actualidad, su uso se extiende a prácticamente todas las industrias. Aunque se los conocía comúnmente como PC antes de 1980, el PLC se convirtió en la abreviatura aceptada para controladores lógicos programables, ya que el término "PC" se convirtió en sinónimo de computadoras personales en las últimas décadas (Vanessa Romero Segovia, 2013). Por sus características y especial diseño, los PLC tiene un campo de aplicación muy extenso, desde maquinaria o procesos industriales, estrategias de control o automatización de cualquier tipo de proceso automatizado (Liptak).
Para su programación existen varios lenguajes, pero la característica que dota de interés a esta propuesta es el lenguaje de programación Ladder o en Escalera, una programación gráfica basada en contactos como elemento real y lógico para el alumno.
2.3.1.2 Ladder
Ladder es un lenguaje de programación gráfico que por su semejanza gráfica también es conocido como diagrama en escalera. Se deriva del diagrama de circuitos de relé, también conocido como diagrama de contactos. Está formado por un carril de secuenciación con elementos de conmutación, contactos normalmente abiertos o normalmente cerrados y elementos de salida o bobinas.
El lenguaje en escalera es el mismo para todos los modelos existentes de PLC, lo que cambia entre los distintos tipos de fabricantes es el microcontrolador que emplea y la simbología en la interpretación de los diferentes símbolos del software.
Algunas de las características principales del lenguaje de programación Ladder son (Rocatek, s.f.):
- Las entradas están situadas en la parte izquierda - Las salidas están situadas en el lado derecho.
17 - El procesador realiza la lectura de los “peldaños” de la escalera de arriba
a abajo y de izquierda a derecha.
- La mayoría de los PLC permiten más de una salida por renglón.
Figura 3: Descripción lógica de Ladder.
El lenguaje de programación Ladder se hizo muy popular dentro del entorno de los Controladores Lógicos Programables por estar basado en esquemas eléctricos de control clásicos, permitiendo adaptar los conocimientos de un técnico eléctrico a la programación en este tipo de lenguaje (Vaessa A., 2014).
El desarrollo de Ladder será contextualizado desde la transformación de Grafcet a Ladder, tratándose de un proceso muy sencillo y que permite la aplicación de automatismos (educatia, s.f.) mediante diagramas de contactos a partir de los diagramas de flujo (Juan Carlos Martín, 2009).
18 Figura 4: Ejemplo simple de paso de Grafcet a Ladder.
Figura 5: Ejemplo completo de paso de Grafcet a Ladder.
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2.3.1.3 Grafcet
El origen de Grafcet se inicia en Francia en los años 70, con un grupo de investigadores pertenecientes a AFCET (AssociationFrançaise de Cybernétique Economique et Technique). Estos se encontraban involucrados en la investigación y desarrollo de sistemas de control complejos. Mediante modelos o metodologías de control secuencial y tras dos años de investigación desarrollaron Grafcet, un modelo de sistema discreto con conceptos claros y sencillos.
Una de las claves que permite su desarrollo temprano, sin requisitos previos, es la capacidad de uso en casos muy sencillos y simplificados, permitiendo al alumno su comprensión inicial y pudiendo alcanzar aplicaciones tan complejas como se deseen.
Los conceptos básicos que requiere el uso de Grafcet se basan en (GENIA, s.f.):
- Etapas o estados a las que están asociadas diferentes acciones o salidas (outputs).
- Transiciones a las que van asociadas las entradas (inputs) al sistema que le permiten avanzar y cambiar de etapa o estado
- Uniones orientadas que unen las etapas a las transiciones y las transiciones a las etapas, con una serie de reglas y condiciones.
20 Figura 6: Ejemplo de Grafcet.
2.3.2 Simulador PLC (Software de aplicación educativo)
El software de aplicación hace referencia a que permite la realización de diferentes tareas, en cualquier campo de actividad susceptible a ser automatizado o asistido (López., s.f.). Entre ellos se encuentran los softwares educativos, destinados a facilitar el proceso de enseñanza y aprendizaje.
Diversos autores definen al software educativo como “cualquier programa computacional cuyas características estructurales y funcionales sirvan de apoyo al proceso de enseñar, aprender y administrar, o el que está destinado a la enseñanza y el autoaprendizaje y además permite el desarrollo de ciertas habilidades cognitivas” (Ledo, Martínez, & Piedra, 2010).
Los programas de aplicación educativos pueden clasificarse en diferentes categorías (Tipos de sofware educativos, 2010):
21 Categoría Descripción
Ejercitadores Trabajan sobre un único tema concreto con la finalidad de ofrecer retroalimentación inmediata.
Simuladores Ofrece libertad de desarrollo mediante posibles situaciones reales, permitiendo al alumno interactuar con el programa.
Tutoriales Aprendizaje guiado sobre conceptos o temas a desarrollar y en muchas ocasiones acompañado de ejercicios.
Juegos educativos Actividades lúdicas que integran actividades educativas.
Solución de problemas
Ofrecer a los alumnos un conjunto de herramientas que le permiten adquirir las habilidades necesarias para afrontar nuevas actividades.
Como se ha mencionado al inicio del documento (punto 1.2), para el desarrollo de la propuesta podrían utilizarse herramientas que se encuentran en auge y que predominan en los centros educativos, pero el objetivo reside en utilizar una herramienta industrial que permita a los alumnos aproximarse al lenguaje digital y su programación.
En el siguiente punto se analizan herramientas software que permitirán al alumno iniciarse en los conceptos de automatización, educación en valores medioambientales y aportar al desarrollo cognitivo del razonamiento y la lógica.
En la búsqueda de herramientas se han escogido aquellas de licencia gratuita que permitirán su uso educativo y permitieran su simulación. Por ello, se comparan las herramientas ClassicLadder, VirPLC, PLCOpen Editor.
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2.3.2.1 ClassicLadder
Como indican los desarrolladores, se trata de un proyecto de código abierto, para tener una escalera libre y un software de programación secuencial y ser utilizado en educación, capacitación, en software PLC en computadoras PC o plataformas integradas (Douarain, 2020).
Una de las características que destacan para su implementación en la educación es que se trata de un proyecto publicado bajo los términos de la licencia LGPL, permitiendo ser libre de usar, compartir, estudiar y modificar.
Su compatibilidad con sistemas operativos se centra en Windows Vista, como requisito mínimo, y Linux, a pesar de que existen algunas versiones más antiguas no son recomendables debido a su incompatibilidad con los actuales sistemas.
Figura 7: Ejemplo de ventana de trabajo en ClassicLadder.
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2.3.2.2 VirPLC
Es un simulador de libre distribución, desarrollado con una finalidad únicamente educativa. Una de las ventajas es un entorno visual sencillo y sin adentrarse en tecnicismos de automatización. El autor de VirPLC señala que no se trata de una herramienta profesional con la que se quiera formar profesionalmente a integradores de automatización industrial, aunque permite controlar hardware real para poder usar un PC como PLC.
Su metodología de programación se basa en lenguaje gráfico. Es una herramienta para el control de sistemas basada en dos pantallas: una de software, para la programación Ladder, y otra de hardware, para la animación de la simulación.
Su compatibilidad con sistemas operativos se centra en Windows, pero asegura su compatibilidad con Windows XP, 7, 8, 10.
Figura 8: Ejemplo de ventana de trabajo en VirPLC.
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2.3.2.3 PLCOpen Editor
El editor PLCopen permite al programador probar una lógica de escalera, FBD, lista de instrucciones, texto estructurado o tabla de funciones estructuradas sin un hardware PLC.
Una de las ventajas que ofrece este simulador es su amplia compatibilidad con los diferentes lenguajes de automatización, como la lógica de escalera, lista de instrucciones o Grafcet.
Respecto a sus funciones, el simulador soporta contadores, temporizadores funciones matemáticas, etc.
Su compatibilidad con sistemas operativos es prácticamente total en las plataformas de Windows, Mac y Linux. Sin embargo, el software no desarrolla un entorno visual o gráfico de simulación.
Figura 9: Ejemplo de ventana de trabajo en PLCOpen Editor.
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2.3.3 Programación por bloques (Scratch)
En el mercado existen muchos sistemas que permiten la programación por bloques destinada al uso educativo, pero no únicamente se utilizan en educación. Cuando los programadores explican a alguien lo que debe hacer un programa, en muchas ocasiones terminan usando una pizarra y un diagrama de flujo, con cuadros y flechas. Además, una de las características más interesantes de la programación por bloques es que ofrece una programación sin errores de sintaxis.
Para la utilización de un entorno de programación visual mediante bloques existen diferentes herramientas, como Scratch, App Inventor o Code.org. Una de las premisas de utilizar programación por bloques es la capacidad de adaptación.
Esto permite que las aplicaciones de automatización en las que se basa este documento puedan ser implementadas sobre una programación por bloques.
Una de las ventajas de Scratch es su variedad en plataformas, pudiendo acceder desde navegador web o software de instalación en Windows, Linux o Mac.
Figura 10: Ejemplo de ventana de trabajo en Scratch.
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2.4 Desarrollo cognitivo
En la actualidad, la programación y las herramientas software destinadas a la programación no son ninguna novedad. Una de las características comunes a muchos softwares de programación es su contribución al pensamiento lógico y al razonamiento del desarrollo cognitivo en alumnos (Ferrer Rojas, 2017), siguiendo las teorías más importantes de Piaget, basadas en un desarrollo cognitivo dependiente de la edad.
Las etapas que propone Piaget se clasifican en (Piaget, 1976):
Etapa Descripción
Sensoriomotora (0-2 años)
Conducta únicamente motora, sin representación interna de los acontecimientos externos.
Preoperacional (2-
7 años) Desarrollo del lenguaje hablado y del pensamiento simbólico, imitación de conducta, imágenes mentales y símbolos.
Operaciones concretas (7-11 años)
Inician los procesos de razonamiento lógicos aplicados a problemas concretos. Ordenamiento mental de conjuntos y clasificación de conceptos de casualidad, espacio, tiempo y velocidad.
Operaciones Formales (11 años en adelante)
Absorción de conocimientos concretos que le permiten emplear el razonamiento lógico inductivo y deductivo.
Formación continua de la personalidad.
La propuesta didáctica que se desarrollará en el siguiente capítulo trabajará el razonamiento lógico deductivo, el cual corresponde a la última etapa que expone Piaget en relación con las operaciones formales durante el periodo adolescente.
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3. Propuesta didáctica
En este tercer capítulo del documento se encuentra la propuesta didáctica a desarrollar en el segundo ciclo de la ESO, concretamente en 4 de la ESO, en la asignatura opcional de Tecnología. Una propuesta que aplica los puntos anteriormente descritos en el estado del arte.
Las herramientas escogidas para la propuesta son: Grafcet para la realización de todas las aplicaciones, VirPLC para Ladder y Scratch como herramienta de programación por bloques para facilitar el desarrollo de aplicaciones automatizadas.
A continuación, se describe el contexto educativo, las características del alumnado y los objetivos específicos de la propuesta didáctica, así como su desarrollo.
3.1 Contexto
3.1.1 Centro
La propuesta didáctica se desarrollará en el centro IES Son Ferrer, en el municipio de Calviá, al sur de la isla de Mallorca.
Referente al clima, éste es mediterráneo con más de 300 días de sol al año y con unas temperaturas de 14°C de media en invierno y 27°C de media en verano.
La economía de Calviá se basa fundamentalmente en el sector turístico, aun así, tiene una pequeña parte agrícola y una actividad industrial situada en el polígono de Son Bugadellas. La infraestructura turística que ofrece el municipio de Calviá es una de las más importantes de Europa, pero a su vez aparece el problema de la masificación turística. Esto ocasiona una oferta de trabajo de poca
28 especialización profesional que promueve el abandono de los estudios. Además, este tipo de trabajo es estacionario, con mucha demanda en verano y en consecuencia mucho paro en invierno. Esta situación afecta totalmente a los alumnos y a las familias.
3.1.1 Alumnos
La asignatura de tecnología se trata de una materia opcional, lo que significa que los alumnos que la cursan tienen cierto interés.
La clase está formada por 8 alumnos, de los cuales 6 niños y 2 niñas. La mayoría de alumnos superó el curso anterior sin problemas, a excepción de tres alumnos que tienen suspendida la asignatura de matemáticas. Otros dos alumnos han repetido curso una sola vez y fue en segundo de la ESO.
Una de las ventajas de la propuesta desarrollada es que no requiere de conocimientos previos, por lo que no presentarán dificultades para seguir las clases.
3.2 Objetivos didácticos
A partir de los objetivos generales que se han señalado al inicio del documento, en el apartado 1.2, se concretan los objetivos específicos de la actual propuesta didáctica:
1. Mejorar los hábitos de uso de la energía.
2. Diseñar aplicaciones de automatización.
3. Mejorar la capacidad de detección de errores.
4. Iniciarse en la programación mediante Grafcet, Ladder y Scratch.
5. Conocer elementos de las instalaciones.
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3.3 Currículum
La presente propuesta didáctica abarca los siguientes bloques: Bloque 2 (instalaciones en viviendas) y Bloque 4 (control y robótica), de los 6 bloques que se relacionan en el Decreto 34/2015, de 15 de mayo, por el cual se establece el currículum de la Educación Secundaria Obligatoria de las Illes Balears (Anexo 7A).
3.3.1 Contenidos
El contenido de los bloques seleccionados se encuentra también en el Anexo 2 del Decreto 34/2015. A continuación, se expone un resumen de los contenidos y objetivos de los respectivos bloques.
En el bloque 2, entre los contenidos que trabaja el currículum oficial (Gobierno, 2015), se encuentran aspectos como las instalaciones eléctricas, de agua sanitaria o residuales. Incluye la climatización y calefacción de la misma y el control sobre estas utilizando sistemas domóticos. Otro aspecto importante que interviene en nuestra propuesta didáctica es el ahorro energético de la vivienda.
En el bloque 4, en los contenidos que trabaja el currículum oficial (Gobierno, 2015), se encuentran aspectos como los lenguajes de programación, diseño y construcción, o la utilización de sistemas automáticos.
3.3.2 Objetivos
En el bloque 2 de instalaciones en viviendas, se tratan, entre otros, los siguientes objetivos: la descripción de los elementos en instalaciones en viviendas, el diseño de instalaciones orientadas a la eficiencia energética, la experimentación de montajes de circuitos simples y la contribución al ahorro energético, así como de sus hábitos de consumo.
30 En el bloque 4 de control y robótica, los objetivos serán: analizar los sistemas automáticos y los elementos que lo componen, el montaje de automatismos y el desarrollo de aplicaciones para controlar sistemas de forma automática.
3.4 Desarrollo y metodología
Para el desarrollo del presente desafío, se utilizará una metodología basada en un proyecto solicitado por un cliente ficticio, el cual desea domotizar su pequeño hotel para ahorrar electricidad, agua y combustible.
Para su ejecución se propone un desarrollo en grupos de 2 alumnos. Por tanto, referente al contexto del centro y aula descrito en el punto 3.1.1, se formarán un total de 4 grupos de la forma más heterogénea posible según los criterios del profesor.
Respecto a los requisitos sobre conocimientos previos necesarios por los alumnos, no son imprescindibles, como se ha indicado en diferentes puntos de este documento, ya que se incluye la respectiva parte de formación en el desarrollo de esta propuesta didáctica.
Muchos centros no tienen disponibilidad ilimitada para acceder al aula de informática y únicamente pueden acceder como máximo un día a la semana, por ello se presenta una propuesta desarrollada en 3 líneas de trabajo, donde no todas las sesiones requieren de un ordenador por grupo.
La propuesta está estructurada en tres fases:
1. Fase de Introducción (Contextualización y motivación).
2. Fase de Formación (Formación y desarrollo).
3. Fase de Proyecto.
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3.4.1 Fase de Introducción
La primera fase consiste en exponer a los alumnos una introducción formada por tres puntos:
1. Contextualización de la situación actual del planeta y de la crisis climática.
2. Presentación de la propuesta didáctica y la temporalización de las diferentes partes y su desarrollo.
3. Presentación de qué se evaluará y cómo se realizará la evaluación.
En el primer punto de la fase de introducción, en la comprensión de los objetivos de la propuesta didáctica, se proponen diferentes formas de trabajo:
- Artículos de actualidad.
- Búsqueda individualizada.
- Medios audiovisuales.
- Actividades o tareas.
Para la presente propuesta se ha escogido utilizar medios audiovisuales para trabajar en las sesiones de introducción a la situación actual del planeta, respecto a la crisis medioambiental debido a la contaminación. Son muchas las plataformas y contenidos disponibles en internet que encajan. Algunas sugerencias de vídeo son:
Enlace Fuente
Vídeo 1 https://www.youtube.com/watch?v=5zVmX3LXlm0 Aprendemos Juntos BBVA Vídeo 2 https://www.youtube.com/watch?v=toKIADHbkhE EL PAÍS
32 Los puntos restantes de esta primera fase de introducción, referente a la presentación de la temporalización del proyecto, el desarrollo y la evaluación, se presentarán al alumno en un formato descriptivo. Éstos se encuentran descritos en los siguientes puntos del presente documento.
3.4.2 Fase de Formación
Como se ha indicado anteriormente, apenas se requieren conocimientos previos para realizar la propuesta didáctica, pero ésta no está exenta de una fase de formación, tanto de los nuevos conocimientos como de las nuevas herramientas necesarias. De este modo, la fase de formación previa presenta a los alumnos los conocimientos necesarios para realización del proyecto.
A continuación, se detallan los aspectos de la formación de Grafcet, Ladder (VirPLC) y Scratch.
3.4.2.1 Grafcet
En la formación de Grafcet es necesario conocer las reglas que permitirán al alumno trabajar en el desarrollo de una vivienda domótica. Su formación se basará en la realización de pequeñas actividades por parejas, mediante ejemplos sencillos de automatización relacionados con la vida real y encaminados hacia el futuro proyecto de una vivienda domótica.
3.4.2.2 Ladder
En Ladder su formación estará vinculada a la utilización de la herramienta software VirPLC. Debido a que se requieren ordenadores con el respectivo software mencionado, su desarrollo se realizará en el aula de informática a medida que el alumno avanza en el desarrollo de Grafcet. En esta ocasión, al igual que con Grafcet, se propone la realización de pequeñas actividades
33 orientadas a las necesidades del futuro proyecto domótico de la vivienda. Como complemento, en la web oficial de VirPLC su autor ofrece un manual de introducción con diversos ejemplos.
3.4.2.3 Scratch
Para la formación de Scratch se propone una introducción en el aula tradicional, mediante el ordenador de la misma y el proyector mostrando la forma de trabajo, así como la utilización de la herramienta, para que en las siguientes sesiones los alumnos tengan su primera toma de contacto con mayor destreza. Del mismo modo que con Grafcet y VirPLC, aquí también se propone la realización de actividades orientadas a las necesidades del futuro proyecto domótico de la vivienda. Al igual que VirPLC, en la web oficial de Scratch se encuentran infinidad de aplicaciones sencillas con ejemplos realizados por diferentes autores, además, debido a la popularidad del mismo, se encuentran una gran variedad de videotutoriales en Youtube que pueden ser de gran ayuda al alumno.
La finalidad de la propuesta no es hacer a los alumnos expertos en Scratch, sino proporcionarles las herramientas necesarias para la realización de aplicaciones de automatización que permitan un ahorro energético, así como introducirles en la programación, tal como se indica en los objetivos generales mencionados en el punto 1.2.
3.4.3 Fase de Proyecto
Se realiza la propuesta de la domotización de una vivienda. El alumno deberá trabajar a partir de la solicitud realizada por un cliente ficticio. Para la comprensión de los diferentes puntos a desarrollar se le adjuntarán los esquemas y planos requeridos.
El alumno deberá de desarrollar todas las aplicaciones en Grafcet y posteriormente pasarlas a Ladder y Scratch según indique el enunciado.
34 Se propondrán aplicaciones detalladas con un número determinado de entradas y salidas. Como entradas el alumno se podrá encontrar con sensores de movimiento, sensores de humedad, anemómetros, sensores crepusculares, sensores de temperatura, interruptores o pulsadores. Y como salidas habrá encendido de golpes de iluminación, regulación de iluminación, apertura o cierre de ventanas, apertura o cierre de toldos, apertura o cierre de electroválvulas o determinadas acciones de habilitar o deshabilitar.
En aquellas aplicaciones que tengan una entrada de contacto se utilizará Ladder (diagrama de contactos) y para aquellas aplicaciones un poco más complejas, que tengan una entrada variable como temperatura, lúmenes o porcentaje de humedad, se utilizará Scratch donde esta variable será controlada mediante un slider o las flechas del teclado, por ejemplo para variar una aplicación entre 0ºC a 100ºC de temperatura.
Figura 11: Esquema desarrollo de la propuesta.
35 En el anexo 7C se adjunta la propuesta del enunciado de una vivienda domótica con su respectivo plano.
Concluido el desarrollo de la metodología y de las diferentes fases que lo forman, a continuación, se presentará la temporalización basada en el contexto expuesto en el punto inicial 3.1 de contextualización.
3.5 Temporalización
Para la realización de la propuesta didáctica se han contemplado un total de 24 sesiones. La temporalización se ha visto marcada por la disponibilidad del aula de informática y los recursos disponibles en el centro.
El siguiente cuadro muestra las características de la temporalización y del desarrollo común a todas las sesiones:
Desarrollo común de todas las clases Duración: 55 minutos.
Inicio: en todas las clases se recomiendan 3 minutos de recordatorio de lo que llevamos hecho y en qué punto nos encontramos de la planificación, la cual se presentará el primer día del inicio de la propuesta.
Desarrollo: se trabajará según la planificación.
Cierre: tres minutos antes de finalizar la sesión, se realizará una pequeña conclusión de la clase o recopilación de problemas suscitados durante la misma que deberán resolverse el próximo día.
36 A continuación, se presenta un cuadro detallado de las 24 sesiones propuestas en la planificación. Esta planificación es orientativa y variable.
En el inicio de la propuesta, durante la primera semana se puede distinguir el desarrollo inicial de dos de las fases mencionadas en el punto anterior:
- Fase de introducción.
- Fase de formación.
El siguiente cuadro indica el orden de la semana, el número de sesión, el aula de trabajo y una breve descripción de la sesión.
Primera semana (3 sesiones)
Sesión 1 Aula pizarra Contextualización y concienciación sobre el cambio climático y consumo de energía.
Sesión 2 Aula pizarra Presentación de la planificación al alumno y de cómo se desarrollará y se evaluará. Formación en Grafcet.
Sesión 3 Aula PCs Presentación de Ladder y VirPLC.
Segunda semana (3 sesiones) Sesión 4 Aula pizarra Introducción a automatismos.
Sesión 5 Aula pizarra Formación en Grafcet acompañada de pequeños ejercicios sencillos con ejemplos orientados a la automatización de una vivienda. Es importante que sean de dificultad gradual para que los alumnos comiencen a manejar las herramientas.
Sesión 6 Aula PCs Formación en VirPLC acompañada de pequeños ejercicios sencillos con ejemplos orientados a la
37 automatización de una vivienda. Al igual que con Grafcet, es importante que sean de dificultad gradual.
Tercera semana (3 sesiones)
Sesión 7 Aula pizarra Presentación del proyecto de una vivienda domótica, mediante un plano en papel para poder trabajar en el aula tradicional sin ordenadores y contextualización sobre qué es la domótica, la inmótica y la importancia del ahorro de energía.
Recordatorio de cómo se evaluará y cómo se debe de presentar.
Sesión 8 Aula pizarra Aplicación de Grafcet y elementos de ahorro en la vivienda.
Sesión 9 Aula PCs Formación en conversión de Grafcet a diagrama de contactos (VirPLC).
Cuarta semana (3 sesiones)
Sesión 10 Aula pizarra Desarrollo del proyecto de la vivienda domótica con Grafcet, siguiendo las pautas marcadas en el enunciado.
Sesión 11 Aula pizarra Formación de Scratch en el aula con el pc del profesor y algunos pequeños ejemplos de implementación y preparación de su desarrollo.
Sesión 12 Aula PCs Fichas de formación de Scratch.
Quinta semana (3 sesiones)
Sesión 13 Aula pizarra Trabajo de Grafcet en el aula y resolución de los problemas encontrados.
38 Sesión 14 Aula pizarra Punto de chequeo y puesta en común en clase de
aquellas soluciones más complejas. Avanzar en el desarrollo de soluciones. Y presentar la aplicación modelo de entrada variable como por ejemplo la temperatura, la humedad o los lúmenes.
Sesión 15 Aula PCs Trabajo de Scratch con las pautas presentadas el día previo, mediante el modelo de entrada variable.
Sexta semana (2 sesiones)
Sesión 16 Aula pizarra Seguir trabajando en el proyecto y resolver dudas en el aula pizarra para la preparación de la prueba escrita.
Sesión 17 Aula PCs Trabajo del proyecto y resolución de dudas.
Séptima semana (2 sesiones)
Sesión 18 Aula pizarra Resolución de problemas y dudas para la preparación de la prueba escrita. Trabajar en el proyecto.
Sesión 19 Aula PCs Trabajo del proyecto y resolución de dudas.
Octava semana (2 sesiones)
Sesión 20 Aula pizarra Última sesión en aula pizarra. Resolución de problemas y dudas para la preparación de la prueba escrita. Trabajar en el proyecto.
Sesión 21 Aula PCs Trabajo del proyecto y resolución de dudas.
Novena semana (2 sesiones)
Sesión 22 Aula pizarra Evaluación escrita. Se propone una evaluación basada en la resolución de problemas con
39 diferentes aplicaciones erróneas y que deben de corregir por escrito.
Sesión 23 Aula PCs Última sesión de trabajo en el aula de informática.
Recordar indicaciones para la entrega del proyecto y de las fichas de formación.
Décima semana (1 sesión)
Sesión 24 Aula pizarra Sesión de corrección de la prueba escrita y conclusión final del proyecto domótico, la tecnología aplicada y el ahorro energético.
En la siguiente imagen se representa un ejemplo cronológico del desarrollo y las diferentes fases:
Figura 12: Ejemplo gráfico de la temporalización.
40 Finalizada la temporalización de la propuesta didáctica, descrita y estructurada en las diferentes semanas y sesiones según el contexto presentado en el punto 3.1 Contexto, el siguiente punto desarrollará el qué y el cómo se realizará su evaluación.
3.6 Evaluación
La propuesta didáctica está compuesta por diferentes puntos de evaluación, que abarcan desde la contextualización hasta la finalización del proyecto. En el presente punto se expone qué y cómo se evaluará, así como las respectivas actividades desarrolladas durante su transcurso.
A continuación, se recogen los criterios generales presentados en la rúbrica del Anexo E para la evaluación, que describen la valoración y metas que debe de alcanzar el alumno:
- Comprender la crisis medioambiental.
- Conocer tecnologías para contribuir a la lucha del cambio climático.
- Analizar el funcionamiento de automatismos.
- Representar y montar automatismos sencillos.
- Desarrollar un programa para controlar un sistema automático.
- Manejar sistemas de programación secuencial.
- Conocer elementos de una vivienda.
- Saber utilizar Ladder.
- Saber utilizar Scratch - Saber utilizar Grafcet.
Para realizar la evaluación se tendrán en cuenta diferentes aspectos. En la fase de formación, compuesta por las Grafcet, Ladder y Scratch, se utilizarán las fichas adjuntas en del Anexo B entregables. En éstas se valorará la funcionalidad, la presentación y el cumplimiento del plazo de entrega.
41 Siguiendo la metodología anterior, en la fase de proyecto se evaluará la resolución de las aplicaciones del edificio domótico presentado. Su evaluación será más detallada que en las fichas de formación y se basará en las instrucciones presentadas en el enunciado. Además, se tendrán en cuenta aspectos como la funcionalidad, la presentación o la aportación de ideas.
En la antepenúltima sesión se realizará una prueba escrita. Ésta evaluará los diferentes puntos tratados durante las distintas fases de la propuesta didáctica.
El último punto de evaluación será la actitud, el cual envuelve aspectos como la participación en clase, el comportamiento con los compañeros, el interés, la puntualidad y la planificación.
3.7 Recursos
Siguiendo una de las premisas de la propuesta y como se ha mencionado en diversos puntos del presente documento, los recursos para la realización de la propuesta únicamente se basan en un ordenador por pareja.
En el aula de informática es necesario un ordenador y se aconseja disponer del sistema operativo Windows con versión Windows 7 o superior. En caso de no disponer de Windows 7 es posible adaptarse con herramientas en distribución Linux.
Se recomienda la conexión a internet para trabajar con Scratch en versión web, pero, en caso contrario, los softwares VirPLC y Scratch pueden instalarse y no requerir ningún tipo de conexión online. Y en caso de no disponer de conexión a internet, es recomendable proveer a los alumnos del material de formación, como ejemplos o manuales, para las aplicaciones software utilizadas en la propuesta.
42 No requerir material extraordinario permite que la mayoría de centros puedan realizar la presente propuesta sin crear barreras por la desigualdad de recursos.
43
4. Propuestas futuras y conclusiones
4.1 Propuestas futuras
Este proyecto, a pesar de haber desarrollado una propuesta didáctica que cumple con los objetivos marcados, permite ser ampliado. Sirviendo como ejemplo las siguientes propuestas:
- Transformar el proyecto de la vivienda domótica en maqueta controlada por Arduino.
- Cálculo del ahorro de energía y su cuantificación al transformar elementos convencionales a automatizados.
4.2 Conclusiones
Se ha presentado una propuesta didáctica que ha alcanzado los objetivos del proyecto, logrando contribuir a la educación medioambiental en valores, al pensamiento lógico y al razonamiento del desarrollo cognitivo del alumno, así como ofrecerle un aprendizaje en la programación mediante autómatas.
Gracias a las diferentes herramientas utilizadas en el proyecto, se brinda al alumno la posibilidad de introducirle en la programación y la automatización de una forma escalonada y progresiva, ofreciéndole nuevos valores y conocimientos, cumpliéndose satisfactoriamente los objetivos marcados.
En cuanto al contenido de la propuesta didáctica, ésta permite contribuir al alumno a mejorar los hábitos de uso y ahorro de la energía, diseñar aplicaciones de automatización, mejorar la capacidad de detección de errores en programación de autómatas, iniciarse en la programación mediante Grafcet, Ladder y Scratch, y conocer los elementos de las instalaciones en las viviendas o edificios.
44 Finalmente, recordar que el diseño de la propuesta mediante una temporalización en 24 sesiones, se trata de una propuesta orientativa que permita desarrollar un proyecto tecnológico en el caso más crítico de acceso al aula de informática, donde de las tres sesiones de tecnología a la semana, dos son en el aula pizarra y una en el aula de informática.
45
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7. Anexos
7A – Currículum
Finalidad de la asignatura
El desarrollo tecnológico configura el mundo actual que conocemos. Muy a menudo la tecnología interactúa en nuestra vida, aunque pasa desapercibida, ya que estamos muy acostumbrados a ella. Este contexto hace necesaria la formación de ciudadanos en la toma de decisiones relacionadas con procesos tecnológicos, con sentido crítico y con capacidad de resolver problemas que estén relacionados; en definitiva, para utilizar y conocer materiales, procesos y objetos tecnológicos que facilitan la capacidad de actuar en un entorno tecnológico que mejora nuestra calidad de vida.
A lo largo de los siglos, el desarrollo tecnológico se ha visto motivado por las necesidades que la sociedad de cada época ha reclamado, por sus tradiciones y su cultura, sin olvidar aspectos económicos y de mercado. La innovación y la investigación de soluciones alternativas han facilitado avances, y la necesidad de cambio ha estado siempre ligada al ser humano. Por este motivo, la sociedad en la que vivimos necesita una educación tecnológica amplia que facilite el conocimiento de las diversas tecnologías, así como las técnicas y los conocimientos científicos que las sustentan. El desarrollo tecnológico se fundamenta en principios elementales y máquinas simples que, sumados convenientemente, crean nuevas máquinas y generan la realidad que nos rodea.
En la materia de tecnología convergen el conjunto de técnicas que, con el apoyo de conocimientos científicos y destrezas adquiridas a lo largo de la historia, el ser humano utiliza para desarrollar objetos, sistemas o entornos que dan solución a problemas o necesidades. Es, por lo tanto, necesario dar coherencia y completar los aprendizajes asociados al uso de tecnologías haciendo un tratamiento integrado para conseguir un uso competente en cada contexto y
50 asociando tareas específicas y comunes. Los alumnos deben adquirir comportamientos de autonomía tecnológica con criterios medioambientales y económicos.
No es posible entender el desarrollo tecnológico sin los conocimientos científicos, como no es posible hacer ciencia sin el apoyo de la tecnología, y ambas necesitan instrumentos, equipos y conocimientos técnicos; en la sociedad actual, todos estos campos están relacionados con gran dependencia los unos de los otros, pero al mismo tiempo cada uno cubre una actividad diferente. La materia de tecnología aporta a los alumnos “saber como hacer” a la hora de integrar ciencia y técnica, es decir, “por qué se puede hacer” y “cómo se puede hacer”. Por lo tanto, un elemento fundamental de la tecnología es el carácter integrador de diferentes disciplinas con un referente disciplinario común basado en una manera ordenada y metódica de intervenir en el entorno.
Estructura del currículo
Los contenidos de la materia de tecnología se estructuran en torno a los principios científicos y técnicos necesarios para la tarea tecnológica y, dentro de la enorme multiplicidad de técnicas y conocimientos que confluyen, se han articulado los bloques que se mencionan a continuación, de manera que los alumnos puedan establecer una visión comprensiva desde las tecnologías manuales hasta las tecnologías de la información y la comunicación. Asimismo, los contenidos integrados en los diferentes bloques no se pueden entender separadamente, por lo que esta organización no supone una forma de abordar los contenidos en el aula, sino una estructura que ayuda a comprender el conjunto de conocimientos que se pretende durante la etapa.
La materia del cuarto curso de Educación Secundaria Obligatoria se organiza en los bloques siguientes:
Bloque 1. Tecnologías de la información y la comunicación
51 Desarrolla los contenidos ligados a las diversas tecnologías de la información y la comunicación, con cable e inalámbricos. Se pretende la
adquisición de destrezas en el uso de herramientas y aplicaciones básicas para buscar, almacenar, intercambiar y publicar información.
Bloque 2. Instalaciones en viviendas
Trata el desarrollo de conocimientos sobre los componentes que forman las diferentes instalaciones de una vivienda. Se deben reconocer los diferentes componentes de las instalaciones de una vivienda en un plano, entender el uso y el funcionamiento. Asimismo, es importante potenciar el ahorro energético.
Bloque 3. Electrónica
Trata sobre el uso industrial y doméstico de diferentes componentes electrónicos. Permite a los alumnos conocer los componentes electrónicos básicos, así como hacer simulaciones para analizar el comportamiento en circuitos electrónicos sencillos.
Bloque 4. Control y robótica
Hace referencia al estudio de sistemas con capacidad de regular su propio comportamiento basándose en una programación previa. Permite aproximar varias tecnologías entre sí, como son la electrónica, la mecánica y la informática, entre otros.
Bloque 5. Neumática e hidráulica
Estudia la tecnología que utiliza el aire comprimido y los líquidos como modo de transmisión de la energía necesaria para mover y hacer funcionar mecanismos.
Estos contenidos están estrechamente relacionados con los contenidos de electrónica y robótica, ya que actualmente en la industria se utilizan robots neumáticos o hidráulicos controlados mediante dispositivos electrónicos.
52 Bloque 6. Tecnología y sociedad
Trata de entender los aspectos sociales del fenómeno tecnológico, tanto respeto de sus condicionantes socioeconómicos como de todo lo que afecta a sus consecuencias éticas, laborales y ambientales. Los alumnos deben reflexionar sobre los diferentes avances a lo largo de la historia y las repercusiones económicas y medioambientales que tienen.
Orientaciones metodológicas
Métodos y propuestas didácticas
En la materia de tecnología es particularmente importante tener presente que los alumnos están inmersos en un entorno altamente tecnológico y práctico. Por este motivo, se pretende que la metodología clave sea el aprendizaje basado en problemas, de manera que el aprendizaje se oriente hacia la resolución de situaciones y problemas de la vida diaria que resulten próximos al alumno. Así, el diseño de estas actividades debe conseguir el aprendizaje de los objetivos y la consecución de las competencias clave mediante la resolución de problemas, la toma de decisiones y la adquisición de habilidades de comunicación. Estas competencias clave tienen que permitir a los alumnos alcanzar el conjunto de conocimientos, capacidades y aptitudes necesarios para su realización personal y su integración activa dentro de la sociedad. Con esta finalidad, es fundamental que la metodología establecida en la materia de tecnología contribuya a la consecución de las competencias clave que se detallan en el apartado
“Contribución de la asignatura al desarrollo de las competencias”.
Por otra parte, actualmente los alumnos se pueden encontrar en situaciones en que les falta un conocimiento previo; es decir, es necesario que actúen partiendo de la obtención de nueva información. De esta manera, el aprendizaje se debe producir gracias a la capacidad de formar conexiones entre fuentes de información y a la creación de patrones de información útiles; es lo que se conoce como conectivismo. Este enfoque metodológico se basa, pues, en la habilidad
