Actividad Transportador de fábrica con LEGO MINDSTORMS Education EV3 | #LessonPlan

Con esta actividad, el alumnado podrá diseñar, construir y programar un sistema robótico para mover una bola en un camino que incluye un giro de 90 grados.

LEGO MINDSTORMS es una solución práctica y transversal para el aprendizaje de las disciplinas STEM que combina elementos de LEGO Technic, un software amigable perfecto para el aula y lecciones adaptadas a los contenidos curriculares, con el fin de fomentar la confianza creativa y el pensamiento crítico. Esta solución usa guías intuitivas y ladrillos inteligentes para trabajar materias como ingeniería, programación y física, y pone temas reales relacionados con las disciplinas STEM en las manos de los alumnos.

Materias: Ciencia, STEAM, Tecnología, Ingeniería.

Curso: Educación Secundaria.

Duración de la actividad: +120 min.

Dificultad: Intermedia.

OBJETIVOS DE LA ACTIVIDAD

Después de completar la sesión, el alumnado sabrá:

• Utilizar el proceso de diseño para resolver problemas reales.

MATERIAL NECESARIO

• Set educativo LEGO MINDSTORMS Education EV3
• EV3 MicroPython

RECURSOS ADICIONALES

• Modelo de Solución (instrucciones de construcción)

Ideas de construcción:

• Resto de la bola 1
• Captura
• Sensor de Color 2
• Agarrador
• Rampa
• Balancín
• Pistas
• Plataforma giratoria

Preparar

• Lee este material del profesor/a.
• Si crees que es necesario, planifica una lección utilizando el material de iniciación en el software EV3 o la app de programación EV3. Esto ayudará a familiarizar al alumnado con LEGO® MINDSTORMS® Education EV3.

Participar y motivarse (30 min.)

• Utiliza las ideas del apartado "Inicia un debate" para hacer que el alumnado participe en un debate relacionado con este proyecto.
• Explica el proyecto.
• Separa la clase en equipos de dos estudiantes.
• Permite que el alumnado se tome su tiempo para hacer lluvia de ideas.

Explorar (30 min.)

• Haz que el alumnado cree múltiples prototipos.
• Anímales a explorar tanto en la parte de la construcción como en la programación.
• Haz que cada par de estudiantes construya y pruebe dos soluciones.

Explicar (60 min.)

• Pide al alumnado que pruebe sus soluciones y que escojan la mejor.
• Asegúrate de que han creado sus propias tablas de pruebas.
• Dale tiempo a cada grupo para finalizar su proyecto y recolecte recursos para documentar su trabajo.

Elaborar (60 min.)

• Dales algo de tiempo para que hagan sus informes finales.
• Facilita una sesión de compartir con cada equipo, para que presente sus resultados.

Evaluar

• Dales una evoluación sobre el desempeño de cada estudiante.
• Puedes utilizar las rúbricas de evaluación para simplificar el proceso.

2. EMPEZAR UN DEBATE

Los transportadores de fábrica transportan productos que van desde materias primas hasta productos terminados y empacados entre diferentes ubicaciones. El transportador de cinta es el más conocido, pero se ha desarrollado una amplia variedad de sistemas de transportador para mover todo tipo de objetos de manera eficiente.

Fomenta un proceso de intercambio de ideas activo. Pida a tu alumnado que piensen en estas preguntas:

• ¿Qué es un transportador de fábrica y dónde se utiliza?
• ¿Qué tipo de mecanismo motorizado se puede utilizar para mover una bola?
• ¿Cómo puede el sistema robótico mover la pelota mientras mantiene el control de la pelota?
• ¿Qué papel juega su sensor? ¿Cómo puedes medir qué tan bien funciona tu sistema robótico?
  

Aliéntales a documentar sus ideas iniciales y explicar por qué eligieron la solución que usarán para su primer prototipo. Pídeles que describan cómo evaluarán sus ideas a lo largo del proyecto. De esa manera, cuando estén revisando y revisando, tendrán información específica que podrán usar para evaluar su solución y decidir si fue o no efectiva.

3. EXTENSIÓN DE ARTES DEL LENGUAJE

Para incorporar el desarrollo de habilidades de artes del lenguaje, haz que tus estudiantes:

• Usen su trabajo escritos, bocetos y/o fotos para resumir su proceso de diseño y crear un informe final.
• Creen un vídeo que demuestre su proceso de diseño, empezando con sus ideas iniciales y terminando con su proyecto completado.
• Creen una presentación sobre su programa.
• Creen una presentación que conecte su proyecto con aplicaciones del mundo real de sistemas similares y describa los nuevos inventos que se podrían hacer en base a lo que ell@s han creado.

4. CONSEJOS DE CONSTRUCCIÓN

Ideas de Construcción

Dale a tus estudiantes la oportunidad de construir algunos ejemplos a partir de los enlaces a continuación. Anímales a explorar cómo funcionan estos sistemas y a hacer una lluvia de ideas sobre cómo estos sistemas podrían inspirar una solución al Design Brief.

• Resto de la bola 1
• Captura
• Sensor de Color 2
  
• Agarrador
  
• Rampa
  
• Balancín
  
• Pistas
  
• Plataforma giratoria

Consejos de prueba

Anímales a diseñar su propia configuración y procedimiento de prueba para seleccionar la mejor solución. Estos consejos pueden ayudarles a configurar su prueba:

• Crear tablas de prueba para registrar sus observaciones.
• Evaluar la precisión de su sistema robótico comparando los resultados esperados con los resultados reales.
• Repetir la prueba al menos tres veces.

Solución de muestra

Aquí hay una solución de muestra que cumple con los criterios del Informe de Diseño:

CONSEJOS DE PROGRAMACIÓN

Programa de Muestra de MicroPython EV3 
 
#!/usr/bin/env pybricks-micropython 

from pybricks import ev3brick as brick 
from pybricks.ev3devices import Motor, TouchSensor, ColorSensor 
from pybricks.parameters import Port, Stop, Direction, SoundFile 
from pybricks.tools import wait from random import randint 

# Configure the belt motor, which drives the conveyor belt.  Set the 
# motor direction to counterclockwise, so that positive speed values 
# make the conveyor move upward. 
belt_motor = Motor(Port.A, Direction.COUNTERCLOCKWISE) 

# Configure the "catch" motor with default settings.  This motor moves 
# the ball to either cup. 
catch_motor = Motor(Port.D) 

# Set up the Color Sensor.  It is used in Reflected Light Intensity 
# Mode to detect when the ball is placed at the bottom of the conveyor 
# belt. color_sensor = ColorSensor(Port.S3) 

# Set up the Touch Sensor.  It is used to detect when the ball reaches 
# the catch at the end of the ramp. touch_sensor = TouchSensor(Port.S4) 

# Initialize the conveyor belt.  This is done by slowly running the 
# motor backward until it stalls.  This means that it cannot move any 
# further.  Then it resets the angle to "0."  This means that when it 
# rotates backward to "0" later on, it returns to this starting 
# position. 
belt_motor.run_until_stalled(-300, Stop.BRAKE, 30) belt_motor.reset_angle(0) 

# This is the main part of the program.  It is a loop that repeats 
# endlessly. 

# First, it waits until the ball is placed on the conveyor belt. 
# Second, the ball is moved upward until it reaches the ramp where it 
# rolls down to the catch. 
# Finally, the ball is moved to the left or the right cup, or an error 
# sound is made, chosen at random. 

# Then the process starts over.  The ball can be placed at the 
# beginning of the conveyor belt again. 
while True:     

# Wait until the ball is placed in front of the Color Sensor.     
while color_sensor.reflection() < 5:         
     wait(10)     
     wait(500)          

# Move the ball up on the conveyor belt.     
belt_motor.run_target(250, 450, Stop.COAST, False)     

# Wait until the ball hits the Touch Sensor at the catch at the end     
# of the ramp.     
while not touch_sensor.pressed():         
      wait(10)          

# Generate a random integer between "-1" and "1" to determine what     
# to do with the ball.     
catch_command = randint(-1, 1)     

# If it generates a "1," change the light to green and move the     
# ball to the right cup.     
if catch_command == 1:         
     brick.light(Color.GREEN)         
     catch_motor.run_target(400, -20)         
     wait(1000)         
     catch_motor.run_target(400, 0, Stop.HOLD)     
# If it generates a "0," change the light to orange and move the     
# ball to the left cup.     
elif catch_command == 0:         
      brick.light(Color.ORANGE)         
      catch_motor.run_target(400, 20)         
      wait(1000)         
      catch_motor.run_target(400, 0, Stop.HOLD)     
# Otherwise, change the light to red and play an error sound.     else:          
      brick.light(Color.RED)         
      brick.sound.file(SoundFile.RATCHET)         
      wait(1000)          

# Return the conveyor belt to its starting position.     belt_motor.run_target(250, 0) 

5. CARRERAS STEAM

El alumnado que ha disfrutado de esta actividad, podría estar interesad@ en explorar las siguientes carreras relacionadas con las STEAM:

• Fabricación e Ingeniería (Tecnología de Máquinas)
• Ciencia, Tecnología, Ingeniería y Matemáticas (Ingeniería y Tecnología)

6. OPORTUNIDADES DE EVALUACIÓN

Lista de verificación de observación del profesorado

Crea una escala que se adapte a sus necesidades, por ejemplo:

1. Parcialmente cumplido
2. Completamente cumplido
3. Superado

Utiliza los siguientes criterios de éxito para evaluar el progreso de sus estudiantes:

L@s estudiantes pueden evaluar las soluciones de diseño de la competencia en función de criterios prioritarios y consideraciones de compensación.

L@s estudiantes son autónomos en el desarrollo de una solución creativa y de trabajo. Los estudiantes pueden comunicar claramente sus ideas.

Auto evaluación

Una vez que tus alumnos hayan recopilado algunos datos de rendimiento, déles tiempo para reflexionar sobre sus soluciones. Ayúdalos haciendo preguntas, como:

• ¿Su solución cumple con los criterios del Informe de Diseño?
• ¿Pueden los movimientos de su máquina ser más precisos?
• ¿Cuáles son algunas maneras en que otros han resuelto este problema?

Pide al alumnado que hagan una lluvia de ideas y documenten dos maneras en que podrían mejorar sus soluciones.

Retroalimentación de l@s compañer@s

Fomentar un proceso de revisión por pares en el que cada grupo sea responsable de evaluar sus propios proyectos y los de otros. Este proceso de revisión puede ayudar a los estudiantes a desarrollar habilidades para brindar retroalimentación constructiva, así como a agudizar sus habilidades de análisis y capacidad para usar datos objetivos para apoyar un argumento.