implementación del método stem con base en el currículo de
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Implementación del método STEM con base en el currículo de EngageK12 en un
colegio distrital de la ciudad de Bogotá.
Sergio Alonso Fonseca Chávez, Leidy Johana Penagos Díaz y Andrés Felipe Cruz
Baquero
Asesor: Maick Peter Marín Rektemvald
Universidad Cooperativa de Colombia
Facultad de Ingenierías
Ingeniería Electrónica
Bogotá
2020
2
Tabla de contenido
Introducción 1
Planteamiento Del Problema 2
Justificación 4
Objetivos 5
Educación STEM 8
Currículo ENGAGEK12 9
Robot NAO 10
Brazo Robótico 11
Análisis PEI colegios distritales Bogotá 19
Línea de investigación del Colegio 23
Tipo de investigación, población 23
Procedimiento 24
Material para realizar actividades 28
STEM Colegios y Guías 28
Desarrollo de las actividades en el colegio 28
Análisis de Resultados 30
Conclusiones. 34
Referencias 36
3
Lista de Figuras
Figura 1. Nivel de rendimiento en Ciencias – PISA 2006……………………………..9
Figura 2. Resultados históricos Colombia pruebas – PISA 2006-2015 en las áreas de
estudio establecidos por la OECD……………………………………………………..….10
Figura 3. Resultados para Colombia pruebas – PISA 2018 en las áreas de estudio
establecidos por la OECD. Panorama de rendimiento………………………..…….……..11
Figura 4. Análisis datos pensum colegios distritales…………………….…….………12
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Lista de Gráficas
Gráfica 1 - Intensidad horaria materias 25
Gráfica 2 - Intensidad horaria materias 26
Gráfica 3 - Percepción del contenido de la actividad por los estudiantes 27
Gráfica 4 - Conocimientos adquiridos 27
Gráfica 5 - Resultados y percepción de la actividad 28
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Lista De Anexos
● ANEXO 1 TEST DE SALIDA GRADO ONCE (ENCUESTA VALIDACIÓN
CONOCIMIENTO STEM, 2020)
● ANEXO 2 GUÍA DE TRABAJO PARA ESTUDIANTES
● ANEXO 3 EVIDENCIAS FOTOGRÁFICAS APLICACIÓN GUIAS JAC
● ANEXO 4 FUNDACIÓN JAC STEM GRADO NOVENO (BOGOTÁ AÑO 2018)
● ANEXO 5 EVIDENCIAS FOTOGRÁFICAS PRACTICA EN IBM-
INTELIGENCIA ARTIFICIAL (CAPACITACIÓN, BOGOTÁ AÑO 2018)
● ANEXO 6 EVIDENCIAS FOTOGRÁFICAS. APLICACIÓN CONFERENCIA DE
ROBÓTICA HUMANOIDE Y SEGUIMIENTO EN EL COLEGIO SILVERIA
● ANEXO 7 CRONOGRAMA DE COLEGIOS 2018
● ANEXO 8 CRONOGRAMA DE COLEGIOS 2019
● ANEXO 9 MATERIAL AUDIOVISUAL ROBÓTICA HUMANOIDE
1
Introducción
El presente proyecto busca implementar una metodología basándose en las áreas de
conocimiento STEM y sus ventajas para el país mejorando con esto la calidad de vida de la
población en general, creando nuevas oportunidades de desarrollo y empleo a través de la
práctica en distintos colegios de la ciudad de Bogotá junto con la fundación Junior
Achievement y la Universidad Cooperativa de Colombia.
En primer lugar, explicaremos brevemente porque se hace cada vez más necesario que la
formación académica a nivel nacional se adapte a estos nuevos modelos educativos,
referenciando distintos estudios e investigaciones que demuestran nuestro punto de vista.
Seguido a esto daremos un breve repaso a los conceptos que definen dicha metodología
educativa, un poco de su historia y cómo poco a poco ha logrado captar la atención de
docentes y estudiantes, motivando a estos últimos a adentrarse en el mundo de la ciencia y la
tecnología para dar solución de distintas maneras a problemas cotidianos.
Finalmente desarrollamos la investigación realizada al colocar en práctica el modelo
educativo STEM en 9 colegios distritales de la ciudad de Bogotá, describiendo el impacto
académico y social de la misma.
2
Planteamiento Del Problema
En la actualidad vivimos en un mundo que avanza a pasos agigantados, una de las áreas
con más rápido desarrollo es la tecnología y la ciencia, así lo podemos evidenciar con las
nuevas tendencias tecnológicas relacionadas con implementaciones robóticas,
automatización industrial y análisis de datos utilizando algoritmos de inteligencia artificial y
Big data, que se emplean de manera cada vez más común alrededor del mundo. (Ismael E.
Arenas, 2020)
Es debido a esto que con el paso del tiempo la demanda de personas calificadas para
realizar el desarrollo e implementación de proyectos que empleen conocimientos afines con
este tema crece y es nuestro deber suplir dicha demanda adelantándonos a las exigencias del
mundo moderno, haciendo así del territorio nacional un ambiente productivo para que dichos
proyectos salten del papel y se conviertan en una realidad que afecte de manera positiva
nuestras vidas. (EL TIEMPO, 2018)
Sin embargo, la cantidad de personas interesadas en el tema de manera técnica y
profesional disminuye o permanece constante como se puede evidenciar en los estudios
realizados por el ministerio de educación en su informe más reciente sobre deserción
estudiantil en la educación superior, en este se demuestra que en los últimos años el índice
de deserción académica a nivel técnico y profesional pasó de ser del 13.9% desde el año 2002
3
al 34.6% en la actualidad durante los primeros semestres, a esto debemos agregar que durante
los siguientes semestres desertan entre el 21,6% al 49,9% de los estudiantes resultantes. Esto
lleva a que muchos proyectos y avances como la automatización de procesos industriales del
agro colombiano o megaproyectos de domótica queden desdibujados y dilatados en el
tiempo. (DINERO, 2017)
Dentro del último estudio realizado por el Ministerio de educación, en Colombia hubo un
déficit de 15 mil ingenieros en el año 2019 y se estimó una cifra cercana a los 100 mil en
2019. De acuerdo con el Ministerio de Educación, de 310 mil personas que se gradúan al año
en Colombia, 66 mil son ingenieros y de ese grupo, 14 mil se enfoca en áreas de Tecnologías
de la Información y las Comunicaciones, TIC (electrónica, sistemas o computación) y solo
5.700 se dedica al desarrollo de software. (SEMANA, 2014)
Es por esto, que se hace necesaria la aplicación de una iniciativa para mejorar el panorama
académico que logre motivar a los jóvenes y darles la determinación para seguir con su
formación académica hasta completarla con éxito, mejorando también de esta manera sus
condiciones socioeconómicas.
4
Justificación
La decisión de abordar este tema nace de la deserción académica evidenciada a lo largo
de varios años en el ámbito académico y profesional. Dentro de los problemas detectados por
el ministerio de educación, la Escuela Colombiana de ingenierías y la Red de Programas de
Ingeniería a lo largo de 6 años, se pueden abordar alta competencia para un cargo, pero
salarios bajos, la falta de Industria, los orientadores de los colegios no comprenden bien la
finalidad de las ingenierías ni los campos de acción por lo que difícilmente recomiendan a
un bachiller decidirse por este tipo de áreas. (SEMANA, 2014)
Por consiguiente, la motivación por la ingeniería electrónica nos llevó a trabajar con
estudiantes de Colegios Distritales aplicando un “modelo educativo que se centra en la
capacidad de innovar, inventar y resolver problemas de forma creativa” (GROUP, 2017), en
áreas de conocimiento STEM como: impresión 3D, Electrónica básica y programación con
ayuda de la Universidad Cooperativa y la fundación Junior Achievement.
.
5
Objetivos
General
● Implementar el método STEM con base en el currículo de EngageK12 en un colegio
distrital de la ciudad de Bogotá.
Específicos
• Definir las plataformas tecnológicas para aplicar el método STEM.
• Emplear el método STEM en estudiantes de un colegio Distrital de Bogotá en las
áreas de Robótica, Diseño y electrónica.
• Contrastar los resultados de los estudiantes en materias STEM.
• Plantear una integración del método STEM al currículo del colegio.
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Delimitación del proyecto
El mundo en el que vivimos actualmente se caracteriza por los grandes avances
tecnológicos que trae cada día, es el caso de las impresoras 3D, las gafas de realidad
Aumentada, relojes inteligentes y cascos de realidad virtual. Es por esto por lo que toma
relevancia dar un nuevo enfoque a la educación media de la población joven, pues es esta
generación la encargada de seguir con la corriente de innovación científica, así como en su
momento otra generación se tuvo que encargar de encaminar la revolución industrial, es en la
educación media donde muchos jóvenes toman la importante decisión de elegir a que
dedicaran su vida profesional. (FERNANDEZ, 2014)
Actualmente podemos evidenciar una clara tendencia en la disminución de estudiantes
que deciden entrar en una carrera profesional a fin con la ingeniería y la tecnología, ya que
la demanda en otras áreas de conocimiento es mayor y muchos colegios se enfocan en formar
profesionales para suplir dicha demanda, dejando así de lado la enseñanza de los nuevos
avances tecnológicos y lapidando el genio creativo de muchos jóvenes.
El déficit de formación de ingenieros TIC en Colombia se acentúa si se compara con otros
países. En China se forman al año unos 677 mil profesionales, en India 600 mil. México es
líder en la región con 96 mil ingenieros al año, seguido de Estados Unidos con 75 mil, Brasil
33 mil, Francia 28 mil y Colombia 14.500 en promedio al año. (SEMANA, 2014)
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Este proyecto se enfocó por ende en estudiantes de 9° 10° y 11° de Colegios Distritales
en la ciudad de Bogotá entre los cuales se encontraron el Magdalena Ortega, Julio Flórez,
IED Usaquén, Colegio Gustavo Morales y el más reciente Silveria Espinosa (con el cual
finalizamos el proceso completo y realizamos una encuesta en grado 11), Estos colegios
cuentan con los conocimientos básicos que permiten analizar y razonar áreas del
conocimiento como programación, robótica y electrónica entre otras cosas con más
facilidad, y en esta etapa de su ciclo educativo decidirán que enfoque tomara su vida
profesional y laboral, la investigación se llevó a cabo en colegios de la ciudad de Bogotá
durante los años 2018, 2019 y 2020 trabajando junto con la fundación Junior Achievement.
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Marco de Referencia
Marco Teórico
En este capítulo se exponen la teoría de las metodologías y las herramientas a utilizar en
la implementación del método de educación STEM, permitiendo al lector familiarizarse con
los términos expuestos en este documento.
Educación STEM
El termino STEM es un acrónimo que junta 4 disciplinas académicas ciencia, tecnología,
ingeniería y matemáticas (Science, Technology, Engineering, Mathematics). Las cuales
buscan desarrollar un enfoque interdisciplinar en la enseñanza de los estudiantes para que
adquieran habilidades en investigación, pensamiento crítico, solución de problemas,
creatividad, comunicación y colaboración. El termino STEM se utilizó por primera vez en la
década de los 90s por la National Science Foundation, aunque es mejor mencionarlo como
educación STEM debido a que sin la parte de la educación no se podrían llegar a los objetivos
que esta metodología de enseñanza busca. (Sanders, 2009).
En base a la educación STEM se han diseñado varios currículos los cuales buscan diseñar
el mejor sistema basados en el entorno del estudiante y en las herramientas con las que el
estudiante pueda disponer. Para este trabajo de grado nos enfocamos en un currículo especial
debido a que disponemos de las herramientas en las que el currículo se enfoca, además de
que el colegio en donde nos vamos a enfocar fue el ganador del concurso realizado por la
9
fundación de Junior STEM y parte de su premio incluía varios Arduino y una impresora 3D,
Este currículo lleva por nombre ENGAGE K12 by RobotLAB.
Currículo ENGAGEK12
Es un plan de estudios que reúne lecciones, actividades y herramientas de simulación que
permiten el fácil aprendizaje de programación, matemáticas, codificación y metodologías
STEM para estudiantes tanto de primaria como de bachillerato. Este plan de estudios utiliza
herramientas innovadoras y creativas que producen interés en los estudiantes y fomentan el
aprendizaje por medio de la práctica. (RobotLAB, 2018)
Entre las herramientas que se utilizan en este currículo están el robot NAO, el Sphero,
impresoras 3D, Gafas de realidad aumentada, robots futbolistas y brazo robótico. Con estos
robots se pretenden enseñar varios aspectos de las ciencias básicas como por ejemplo la
posición en los 3 planos (X, Y, Z), términos de trigonometría como son los ángulos de
movimiento o posicionamiento y matemáticas básicas, pero esto enfocado a las tareas que
pueden realizar los robots mencionados anteriormente, en este trabajo de grado nos
enfocaremos en tres robots que serán los ejes centrales de las practicas con los estudiantes
debido a su facilidad de comprender su funcionamiento y manejo, además de ser los que más
llaman la atención de los estudiantes los cuales son: Robot NAO, Brazo robótico e impresora
3D.
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Robot NAO
Nao es un robot creado por la empresa Softbank en el año 2008, el cual cuenta con varias
características humanoides, este ejemplar cuenta con ya 5 versiones las cuales han traído un
tras de otra, varias mejoras en sus funciones, permitiéndole interactuar con su entorno lo más
natural posible.
Nao puede ser utilizado en cualquier entorno desde el hogar hasta el ámbito educativo,
investigativo o empresarial, contando con un software llamado Choreographe el cual es
compatible con Linux y Mac, haciendo posible que cualquiera logre programarlo sin tener
que contar con conocimientos en este tipo de lenguaje; al mismo tiempo cuenta con un
paquete de programación para aquellos expertos que lo quieran llevar más allá.
Dentro de sus componentes cuenta con diversos sensores que le permiten interactuar con
su entorno "dos cámaras, cuatro micrófonos, nueve sensores táctiles, dos sensores de
ultrasonidos, 8 sensores de presión, un acelerómetro y un giróscopo, sus 53 LEDs RGB, su
sintetizador de voz y sus dos altavoces." Al mismo tiempo su tamaño y peso lo hacen un
artefacto de fácil manejo ya que solo mide 58 cm y solo pesa 4,3 km, logrando así convivir
perfectamente con los humanos y no llegar a generar rechazo por ser muy grande o pesado.
(Robotrónica, 2019).
Este trabajo de grado presenta una práctica con el robot NAO el cual busca familiarizar al
estudiante con los diferentes métodos de programación que tiene el robot, su capacidad para
cumplir con diferentes tareas y su similitud con los movimientos que realizamos las personas
cotidianamente, la programación de robots está enfocada en este último aspecto, tratar de
11
replicar nuestros movimientos aumentando la resistencia ante trabajos repetitivos sin perder
precisión o eficiencia y para esto se creó un robot que cumple a cabalidad esta tarea, es
conocido como robot industrial o robot colaborativo, pero su nombre más popular es brazo
robótico.
Brazo Robótico
El brazo robótico o robot industrial es un manipulador mecánico compuesto por ejes con
capacidad de realizar múltiples tareas que reúnen alcance, destreza, carga útil, rapidez y
precisión con una gran cualidad debido a que pude ser reprogramable según la necesidad que
se requiera. (Lewis, Abdallah, & Dawson, 2004, págs. 3- 4)
Su capacidad de ser reprogramable permite que sea utilizado para el aprendizaje de
programación en donde se combine la física que implica sus movimientos, como el
aprovechamiento de herramientas tecnológicas que satisfagan necesidades diarias y así
estimular el aprendizaje a partir de la práctica.
Pruebas PISA
El Programa Internacional de Evaluación a Estudiantes (PISA, por sus siglas en inglés) es
una prueba estandarizada que aplica la OECD y se ha convertido en el referente internacional
de evaluación de la calidad educativa.
12
Desde el 2000, PISA se lleva a cabo cada tres años y evalúa las competencias de los
estudiantes en matemáticas, lectura y ciencias naturales. Su periodicidad permite conocer
la evolución de los resultados de los alumnos en el tiempo. Cada aplicación enfatiza en
una de las tres áreas: en 2000 fue lectura; en 2003, matemáticas; y en 2006, ciencias. En
2009 se evaluó nuevamente lectura y en 2012, matemáticas. (ICFES, 2013, pág. 5)
En 2012 participaron 65 países, 34 de la OECD y 31 países y economías asociadas.
Los países latinoamericanos que formaron parte de la edición 2012 fueron: Brasil,
Argentina, Colombia, Chile, Costa Rica, México, Perú y Uruguay. La muestra en
Colombia se compuso de 9.073 estudiantes de 15 años de 352 instituciones educativas
(oficiales y privadas, urbanas y rurales), que representan a 559.674 estudiantes a nivel
nacional. Además, se contó con sobre muestras para Bogotá, Cali, Manizales y Medellín.
(ICFES, 2013)
En las siguientes tablas y figuras se muestran la información más relevante sobre la
participación de Colombia en PISA en el año 2006, 2012, 2015 y 2018. En primera instancia,
se presentan los resultados en cada una de las áreas evaluadas y su evolución desde 2006;
posteriormente, su última participación en el año 2018 con gráficas en comparación con los
demás países del mundo.
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En la figura 1 se analiza el Nivel de rendimiento específico en el área de ciencias en las
pruebas realizadas en el año 2006, año en el cual Colombia entro hacer parte de estas pruebas
tan importantes para la OECD. La gráfica describe el porcentaje de estudiantes en cada
categoría en los países más relevantes para ciencias
Figura 1. Nivel de rendimiento en Ciencias – PISA 2006
Nota. Porcentaje de estudiantes en cada nivel de competencia en la escala de ciencias.
Tomado de PISA 2006: Science Competencies for Tomorrow's World - OECD © 2007 - ISBN
9789264040007
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En la tabla 1 se presentan los puntajes promedio y las desviaciones estándar de los países
latinoamericanos participantes en la edición de 2012 y el promedio de la OECD. También se
incluyen los resultados relacionados con el puntaje más alto, que en las tres áreas corresponde
a Shanghái. Los puntajes más bajos en las tres áreas los obtuvo Perú.
Tabla1. Puntajes promedio y desviaciones estándar en matemáticas, lectura y ciencia,
PISA 2012
Nota. Pruebas Pisa 2012. Tomado de (OECD)
15
Figura 2. Resultados históricos Colombia pruebas – PISA 2006-2015 en las áreas de
estudio establecidos por la OECD
En Colombia, el rendimiento medio de los estudiantes en ciencias se ha
mantenido prácticamente inalterado desde 2006. Sin embargo, los resultados medios
en ciencias mejoraron entre 2006 y 2015, así como en la mayoría de los países para
los que se dispone de datos comparables.
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Tabla 2. Puesto que obtiene Colombia organizado de manera ascendente a descendente
dentro de los países participantes en las pruebas PISA 2006-2015
Nota. Tomado de Informe Nacional ICFES 2015. OCDE (2016a) PISA 2015
(ICFES.GOV.CO, 2017)
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Figura 3. Resultados para Colombia pruebas – PISA 2018 en las áreas de estudio
establecidos por la OECD.
Nota. Panorama de rendimiento. Tomado de (OECD, OECD.org)
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Así se desprende de la última evaluación realizada por la entidad, que le otorga al país una
calificación general de 412 puntos en lectura, 391 en matemáticas y de 413 en ciencias, los
tres por debajo del promedio de la OECD que se establece en 487, 489 y 489 puntos
respectivamente.
Los estudiantes de Colombia obtuvieron un rendimiento menor que la media de la OECD,
y fue más cercano al de los estudiantes de Albania, México, la República de Macedonia del
Norte y Catar apuntó la OECD en su análisis para el país. “Si bien el rendimiento de
Colombia en lectura fue menor que el registrado en 2015, si se considera un periodo más
largo, mejoró en todas las materias desde que el país participó por primera vez en PISA 2006”
(ICFES, 2013)
En la rama de las matemáticas, Colombia cuenta con el peor desempeño, cerca de 35% de
los estudiantes de Colombia alcanzaron el Nivel 2 o superior en matemáticas (media de la
OECD: 76%).
En el 2015, el año con mejor rendimiento, Colombia obtuvo 425 puntos en lectura, 416 en
ciencias Y 390 en matemáticas.
19
Análisis PEI colegios distritales Bogotá
El proyecto educativo institucional es la carta de presentación de una institución ante
la sociedad, en la cual define sus principios y valores tanto morales como académicos, sus
metas, objetivos, recursos y lo que se debe tener para concretarlos que involucran a toda
la comunidad educativa. (Barrientos, 2005, pág. 1)
Se realizó un análisis teniendo como herramienta el proyecto educativo institucional (PEI)
de varios colegios distritales (IED) de la ciudad de Bogotá, como Fernando Soto Aparicio ,
Colegio Simón Rodríguez, Colegio Usminia, Castilla, Liceo Femenino, Tenerife Granada
Sur, Colegio Tibabuyes, Campestre Monteverde, de los cuales se tomó como información
primordial el pensum académico de los estudiantes y la intensidad horaria que manejan en
las asignaturas que concuerdan como primordiales en nuestro estudio de investigación en
materia STEM.
A continuación, en la figura 4 se pueden evidenciar porcentajes referentes asignaturas
como humanidades con un 30% de intensidad horaria, ciencias naturales con un 27%,
ciencias sociales un 13%, matemáticas con un 19% y finalmente con el puntaje más bajo, un
11% en informática y tecnologías.
20
Por consiguiente, se constata que los colegios distritales no promueven las buenas
prácticas educativas en la apropiación de ciencia y tecnología; dentro del estudio realizado,
solo uno de los colegios posee una hora de clase a la semana para incentivar las clases de
robótica dentro de su pensum académico.
Los estudiantes de hoy requieren desarrollar habilidades para una sociedad eminentemente
tecnológica y para poder desenvolverse de forma competitiva en el nuevo mercado laboral.
Las profesiones tradicionales van a sufrir impactos muy importantes y quizás algunas
desaparezcan, ahí, la importancia de fomentar e incentivar la educación STEM desde los
estudiantes con menor edad en los colegios.
Figura 4. Análisis de datos pensum colegios distritales en áreas como humanidades,
matemáticas, informática y tecnologías
Nota. Datos muestreados a partir de informe PEI de Instituciones educativas distritales
Bogotá, propia autoría.
21
Marco Legal Y Normativo
Ley 115 de 1994
El Pensum académico en Colombia está regulado principalmente por la ley 115 de 1994
por la cual se orientan los procesos y la prestación de servicios educativos a nivel nacional,
define los objetivos y la finalidad de la educación en el territorio nacional, así como también
reglamenta el calendario escolar, plan de estudios y proyección educativa.
En esta se indica que el objetivo del proceso educativo es el uno en el que se tenga la
premisa de desarrollar de manera integral y permanente al ser humano teniendo en cuenta su
formación personal cultural y social.
También indica que es el deber del estado y de la sociedad en general el asegurar la calidad
y el fácil acceso educativo en todo el territorio nacional.
Decreto 1860 de 1994
En este se reglamentan y definen de mejor manera los aspectos organizativos y
pedagógicos del Pensum académico, así como también cual debe ser el proceso para su
modificación en las instituciones distritales, por medio del decreto 230 en su artículo 15 el
cual deroga el artículo 38 del presente se indica que el contenido y decisión final del
contenido académico es de cada institución educativa siempre y cuando tenga en cuenta las
obligatoriedades educativas a nivel nacional.
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Metodología De La Investigación
Dado que este trabajo busca implementar una metodología educativa STEM basada en el
Currículo Engagek12, la cual ayudará a mejorar los procesos educativos de los estudiantes
de los colegios distritales de la ciudad de Bogotá en cuanto a materias de ciencias básicas y
tecnologías, el enfoque se centrará en tres componentes importantes: Impresoras 3D, Robot
Nao y robots colaborativos. Los cuales son los componentes que en nuestra opinión mejor
expresan nuestro objetivo de emplear conocimientos en las áreas de robótica, diseño y
electrónica.
En el desarrollo de este proyecto se realizará una búsqueda de diversas fuentes teóricas,
casos de éxito establecidos internacionalmente como también casos de éxito locales,
definiremos los 3 componentes, aplicaremos los conocimientos propios de las diferentes
prácticas realizadas a lo largo del pensum del pregrado de ingeniería electrónica y así se
construirá una nueva metodología la cual logre interesar a todo el entorno educativo del
colegio para que se pueda integrar al currículo de colegio.
Con este proyecto se pretende mejorar la experiencia que tienen los estudiantes en cuanto
a las materias de ciencias básicas y hacer esa experiencia más agradable con herramientas
tecnológicas que permitan que desde una práctica puedan evidenciar que la fundamentación
teórica de las ciencias básicas es importante para la solución de problemas, innovación y
aumento de su confianza. Lo cual se afirmará en un informe final de seguimiento que se hizo
23
en el colegio distrital Silveria Espinosa de Rendón en donde se llevan dos años de trabajo
conjunto con esta metodología.
Línea de investigación del Colegio
● Sistemas Electrónicos
● Modelado y simulación
● Robótica móvil e industrial
● Articulación con Líneas de Investigación de la Universidad Cooperativa
● Automatización Industrial
Tipo de investigación, población
La investigación para nuestro estudio es de tipo experimental. A lo largo de nuestro trabajo
en campo con el apoyo de la Universidad Cooperativa sede Bogotá y la fundación Junior
Achievement Colombia, durante dos años tuvimos la oportunidad de compartir nuestros
conocimientos como mentores de la facultad de ingeniería a estudiantes de grado noveno en
16 colegios distritales de la ciudad de Bogotá (ANEXO 7 ) oportunamente se inició con
jóvenes de grado noveno para finalizar con ellos estando cursando grado once y observar la
evolución que tuvieron durante las sesiones en las que se trabajaron sobre temas básicos de
electrónica, hasta llegar hacer partícipes en proyectos con otras universidades (ANEXO 5 ),
dando a conocer su gran talento con ayuda de la educación STEM.
24
Procedimiento
Nuestra investigación se realizó en 3 fases durante los años 2018, 2019 y 2020 con la
ayuda de la universidad Cooperativa de Colombia y la fundación junior Achievement. Para
la elaboración y desarrollo de esta, se tuvo en cuenta el material de trabajo entregado desde
el principio de la formación por la fundación, inicialmente material teórico, (diapositivas y
guía del programa [ANEXO 2]) como práctico (Kits de Arduino e impresoras 3d); así mismo,
material audiovisual de nuestra propia autoría para facilitar la enseñanza y eficiente hacia los
estudiantes. (ANEXO 8).
Para concluir la parte práctica de la misma realizamos un seguimiento al colegio Silveria
Espinoza de Rendon, ganador de parte del material práctico que la fundación donó a los 2
mejores colegios. Esta visita se realizó con la intención de evidenciar el progreso de los
estudiantes que participaron en la fase l del proyecto. En dicha visita hablamos de las nuevas
tendencias tecnológicas en robótica humanoide utilizando material oficial de la empresa
Boston Dinamics (ANEXO 8) y las aplicaciones modernas de los brazos robóticos haciendo
uso del vídeo de nuestras prácticas de laboratorio en la Universidad Cooperativa de Colombia
en la asignatura de robótica.
Seguido a esto realizamos una encuesta (ANEXO 1) en la que evidenciamos su
satisfacción con el modelo educativo actual, intensidad horaria y prospectos educativos a
futuro. Finalmente respondimos sus preguntas acerca de financiamiento educativo, ofertas
25
laborales para profesionales en la actualidad, a futuro (basándonos en experiencias propias)
e información de carga académica.
Fase I
● Identificación del problema
En el inicio definimos y evidenciamos el objeto de investigación de nuestro proyecto y
definimos la población sobre la cual aplicaríamos el estudio.
● Definición de objetivos
Analizamos que objetivos debíamos cumplir para dar solución a la problemática
anteriormente encontrada, dentro de estos estaban: definir las plataformas tecnológicas que
se pueden usar actualmente para implementar el modelo educativo STEM de la manera más
eficiente y sencilla en las instituciones educativas distritales y plantear un programa que
implementará la educación STEM al pensum del colegio.
● Elaboración del cronograma y presupuesto
En la elaboración del cronograma contamos principalmente con la disponibilidad de los
recursos de la fundación Junior Achievement para el uso de los implementos utilizados (Kits
de Arduino e impresoras 3D) y transporte de los voluntarios y acompañantes hacia las
instituciones educativas distritales (ANEXO 7)
● Presentación de propuestas a las instituciones educativas
Durante las visitas realizadas planteábamos en cada institución de manera verbal con los
docentes acompañantes como se podría implementar el modelo educativo STEM al pensum
de la institución educativa distrital actualizando su plan de estudios y dando cumplimiento a
los objetivos y competencias definidos por la secretaria de educación.
26
Fase II
● Elaboración de estrategias para aplicar la propuesta
La primera parte de esta fase se conecta directamente con el último ítem de la fase l ya
que las estrategias para la aplicación de nuestro proyecto se pactaron con los docentes que
dictaban las materias STEM de cada colegio haciendo seguimiento a la misma en la fase III.
● Implementación de herramientas STEM en el proceso enseñanza – aprendizaje
Durante el desarrollo de las visitas en las distintas instituciones educativas se implementó el
modelo educativo STEM junto con los docentes que tenían la disposición de acompañarnos
durante el proceso de enseñanza de la fase l dejando antecedente para que ellos y los
estudiantes se animaran a dar continuidad al proceso.
● Observación y recolección de datos
En esta fase de la investigación recolectamos toda la información que pudimos encontrar
sobre metodologías y antecedentes STEM que sirvieran de apoyo para nuestra investigación.
● Organización de la información
Plasmamos toda la información en el presente documento para sumarnos a los antecedentes
de educación STEM en el país buscando de esta manera facilitar el acceso a la información
que en un principio se dio a conocer a los estudiantes con los cuales realizamos las prácticas
en los colegios del distrito.
● Toma de evidencias de trabajo en campo
Durante las visitas y actividades realizadas realizamos el registro fotográfico de las mismas,
además de la encuesta de conocimientos posteriores realizada a los estudiantes de grado 11
del colegio Silveria Espinoza Rendon.
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Fase III
● Sistematización de la información, Verificación del alcance de los objetivo y
temas relacionados
En base a la información recopilada y sumado a nuestro trabajo de campo, se logró cumplir
con los objetivos inicialmente descritos al inicio del proyecto. Utilizamos los datos
referenciados en el marco teórico sobre las pruebas Pisa, de esta manera, tener una idea
general del nivel educativo en materias STEM en el país durante los últimos años y acorde a
esto, se definieron las plataformas más eficientes y accesibles para utilizar en la
implementación de la metodología educativa STEM, tanto físicas (Arduino y herramientas
de electrónica básica) como virtuales (curriculum Engage K12) cumpliendo de esta manera
con parte de los objetivos de la investigación.
● Conclusiones de la investigación
Con respecto a los objetivos planteados en un inicio cabe resaltar lo siguiente:
La plataforma más eficiente para la implementación del modelo educativo STEM en el
país actualmente, de manera práctica es el Arduino por su bajo costo, gran versatilidad,
documentación y fácil programación. Además de que es una plataforma de software libre
cuenta con una gran cantidad de proyectos sencillos y muy útiles dispersados por la red.
Otras plataformas de desarrollo de hardware como el Raspberry Pi también fueron
contempladas, pero fueron descartados por su complejidad avanzada y alto costo. Junto
con el Arduino un kit de electrónica básica (protoboard, sensores y elementos de
electrónica pasiva) pueden ser implementados para potenciar los conocimientos de
ingeniería matemática y ciencia de muchos jóvenes estudiantes de educación media.
De igual manera teórica la plataforma elegida fue el curriculum Engage K12 ya que este
cuenta con una gran cantidad de actividades virtuales que desarrollando de distintas
maneras las capacidades de jóvenes desde tempranas edades sirviendo como introducción
a una gran cantidad de temas de la metodología STEM.
Se empleó la metodología STEM con los estudiantes que participaron en las actividades
realizadas junto con la fundación Junior Achievement, evidenciado en estos una clara
motivación por carreras a fin con la ingeniería evidenciada en el ANEXO 7 dos años
después de la primera intervención en el colegio Silveria Espinoza Rendon.
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Al contrarrestar los resultados académicos de los estudiantes no pudimos hallar una
relación clara de sus notas con la intervención realizada ya que en muchos colegios no se
implementaron completamente o no se implementaron para nada las integraciones al
pensum.
Material para realizar actividades
Las guías y soportes que se tuvieron como manual de primera mano para el desarrollo de
las actividades son las siguientes:
❖ Presentaciones primer y segundo día todo relacionado con Arduino, impresión 3D,
prototipado, plataforma y programación con Arduino hardware y software, CAD,
Fusión 360
❖ Acompañamiento del grupo Google en el desarrollo de plataformas de las TIC
❖ Práctica en las instalaciones de IBM para que los chicos de colegios distritales crearan
su propio proyecto en ciencia y tecnología; se realizó una profundización en
Inteligencia artificial con Watson.
❖ Prácticas guiadas con software (en plataforma) de Robot NAO y mano robótica
STEM Colegios y Guías
Desarrollo de las actividades en el colegio
La actividad de intervención final tuvo una extensión de dos horas y media,
evidenciándose la participación de los estudiantes, su interés por la metodología STEM y
específicamente por estudiar una carrera de ingeniería. Sin embargo, cabe resaltar que dentro
de los cuestionamientos y preguntas que se le formularon a nivel de todo el grupo como a
nivel individual mediante una encuesta, resaltaban que la intensidad horaria para el estudio
29
de tecnologías era deficiente y se debería implementar un sistema que trabaje con proyectos
que integren la mayor cantidad de áreas posibles enfocados a tecnologías emergentes.
El objetivo principal de nuestra intervención fue fortalecer los procesos de aprendizaje
STEM, así como el desarrollo de competencias por medio de un currículo de Engage K12 y
un proyecto de responsabilidad social en conjunto con la fundación Junior Achievement
Colombia.
Dentro de los objetivos específicos se encuentran poder generar capacidades de enseñanza
en el área STEM a los estudiantes, capacidad para dar solución a problemas del entorno.
Es importante resaltar que el trabajo con muchos de los chicos de grado once del colegio
Silveria Espinosa inició hace dos años con la ayuda de la Fundación Junior Achievement,
implementando unas guías de aprendizaje diseñadas y orientados a desarrollar habilidades
como manejo de Arduino e impresoras 3D (software y hardware), aplicar estas tecnologías
al mundo real y entender la correlación entre las carreras STEM y las tecnologías utilizadas.
Es importante seguir incentivando el desarrollo de habilidades en educación STEM y
robótica en los estudiantes de colegios distritales ya que se están enfrentando a una sociedad
eminentemente tecnológica y necesitaran desenvolverse de forma competitiva en el mercado
laboral.
30
Análisis de Resultados
Los resultados que se muestran a continuación obedecen a la encuesta realizada al finalizar
cada actividad de educación STEM a los estudiantes participantes.
31
Gráfica 1 - Intensidad horaria materias
Gráfica 2 - Intensidad horaria materias
Como podemos evidenciar en la gráfica 1 los estudiantes perciben que las clases de
matemáticas tienen mayor peso formativo y se les adjudican mayor intensidad horaria en las
instituciones, esto conlleva a que se deje a un lado una materia que puede ser complementaria
y que indirectamente puede servir a la comprensión de esta materia por medio de la práctica,
como lo es la materia de informática y tecnología. Esta materia a diferencia de las
matemáticas no tiene un peso horario predominante y cada estudiante tiene una percepción
diferente del peso horario como lo podemos evidenciar en la gráfica 2, esto se conversó con
los estudiantes y lo que decían era que dependía mucho de los contenidos que se vieran en la
materia de informática y que la institución no le parecía relevante la materia.
32
Gráfica 3 - Percepción del contenido de la actividad por los estudiantes
Gráfica 4 - Conocimientos adquiridos
0
5
10
15
20
25
Pensamientocrítico y yanalítico
Crear ideasoriginales y
creativas
Identificar,plantear yresolver
problemas
Habilidad paratrabajar en
equipo
Capacidad deusar técnicas,habilidades yherramientas
modernas pararesolver
problemas
Adquirirconocimientosen materia de
STEM
Utilizarherramientasinformáticas(Software)
Deficiente Medio Satisfactorio Muy satisfactorio
33
Gráfica 5 - Resultados y percepción de la actividad
Como lo podemos evidenciar los estudiantes reciben de buena manera las actividades que se
realizan desde la metodología de educación STEM, en la gráfica 3 se puede evidenciar que
lo que más les motiva a los estudiantes de estas actividades es la participación activa que
tuvieron durante las explicaciones, que si bien los conocimientos previos no eran los
suficientes como lo podemos evidenciar en la gráfica 4, si sentían mucho interés por
participar y por conocer más sobre tecnologías para aplicarlas a solución de problemas y
trabajo en equipo.
0
2
4
6
8
10
12
14
16
18
Nivel de habilidades oconocimientos al principio del curso
Nivel de habilidades oconocimientos al final del curso
¿En qué medida ha contribuido elcurso a mejorar tus habilidades o
conocimientos?
Deficiente Medio Satisfactorio muy bueno Excelente
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Conclusiones.
Con el desarrollo del proyecto se pudo concluir que las herramientas para la aplicación
de la metodología STEM son accesibles para los colegios distritales y que la gran mayoría
de los docentes pueden acceder a contenido informático para utilizarlas a través de los
cursos diseminados por la internet de manera sencilla, es el caso del colegio Silveria
Espinoza de Rendon el cual fue beneficiado con la entrega de varios kits de Arduino y
una impresora 3D, en este varios docentes decidieron de manera autónoma aprender a
manipular el material para implementarlo en sus clases.
Seguido a esto, se realizó una verificación de varias plataformas para establecer cual
sería de mayor utilidad y cual tendría mayor facilidad de aprendizaje para los estudiantes
de grado decimo y once encontrando dos tarjetas de desarrollo y otro, el uso de
microcontroladores; se tuvieron en cuenta las siguientes características para la toma de
decisiones:
Los datos utilizados en las gráficas se basan en nuestra experiencia propia con dichas
herramientas, para obtener el precio del microcontrolador tomamos en cuenta el valor del
0
50000
100000
150000
200000
250000
precio en pesos colombianos
precio
0
20
40
60
80
100
120
Promedio de proyectos
disponibles en internet
documentacion
0
2
4
6
8
10
12
14
16
facilidad de Aprendizaje
semanas aproximadas paraaprender a usarlo
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microcontrolador y el programador Pickit 3 ya que este es indispensable para su
implementación. Al evaluar las posibles herramientas decidimos que la mejor opción es
el Arduino. Este junto con un kit básico de electrónica (protoboard, sensores variados y
elementos pasivos de electrónica) abre un abanico gigantesco de proyectos que se pueden
implementar fácilmente en la mayoría de las instituciones educativas.
Los resultados de los estudiantes en las materias STEM resultaron ser ligeramente
superiores a la media en los grupos que implementaron nuevas metodologías de
enseñanza dentro del Pensum académico, demostrando así la eficiencia de dicho método,
de acuerdo a las notas que presentaba un estudiante en grado noveno y posteriormente en
grado once, así como el impacto positivo que vieron los docentes en las áreas encargadas
de ciencia y tecnología; Sin embargo, fue difícil captar la atención de todos los
estudiantes, ya que en algunos casos no contaban con todas las herramientas necesarias
para la implementación teórica a práctica.
Pudimos precisar con varios colegios de qué manera se puede implementar la
metodología STEM dentro del programa educativo sin dejar de suplir o cambiar el
contenido de las asignaturas de manera relevante, logrando con esto adaptar la manera de
enseñar de dichas instituciones al enfocarla por un camino más tecnológico y científico,
despertado así el interés de muchos estudiantes por carreras a fin con la ingeniería y la
ciencia.
Al finalizar este trabajo de grado se tiene como resultado nuevas maneras de ver la
educación, con clases desarrolladas en conjunto con las materias de ciencias básicas y la
materia de tecnología, en donde las mismas dejan de ser tan teóricas y se vuelven más
prácticas, las clases se enfocan en estimular al estudiante a resolver problemas con
conocimientos previos y fortalecen su confianza e innovación. Así pues, se refuerza el
interés por los estudiantes a la tecnología y a que vean en su futuro la posibilidad de tener
una profesión como la ingeniería.
Cabe aclarar que para ver un resultado solido en la educación a nivel nacional es
necesario implementar la metodología STEM en la mayor cantidad de instituciones
educativas posibles ya que el cambio no se verá reflejado de un día para otro, también es
necesario capacitar a los docentes que imparten dichas asignaturas ya que en gran parte
de los colegios si bien los docentes buscaban la manera de auto capacitarse no siempre
tenían éxito al intentar usar las herramientas tecnológicas.
36
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39
ANEXO 1 CUESTIONARIO REALIZADO A LOS ESTUDIANTES, DESPUÉS
DE LAS ACTIVIDADES (Formularios de Google)
Cuestionario validación Conocimiento
STEM Teniendo en cuenta la capacitación ofrecida por los mentores de La Universidad Cooperativa
de Colombia, solicitamos desarrollar la siguiente encuesta con el fin de evaluar los
conocimientos adquiridos durante la clase, validar que se diferencian las áreas de enfoque
(ciencia, tecnología, ingeniería y matemáticas).
● Tu nombre *
● Grado
11 – 1
11 – 2
● Intensidad horaria Ciencias Naturales
Menos de una hora
Entre dos y tres horas
Más de tres horas
● Intensidad horaria Castellano (español)
Menos de una hora
Entre dos y tres horas
Más de tres horas
● Intensidad horaria tecnología e informática
Menos de una hora
Entre dos y tres horas
40
Más de tres horas
● Intensidad horaria matemáticas
Menos de una hora
Entre dos y tres horas
Más de tres horas
● Nivel de esfuerzo que has dedicado al aprendizaje
Deficiente
Satisfactorio
Muy bueno
Excelente
● Nivel de habilidades o conocimientos al principio del curso
Deficiente
Medio
Satisfactorio
Muy bueno
Excelente
● Nivel de habilidades o conocimientos al final del curso
Deficiente
Medio
Satisfactorio
Muy bueno
Excelente
● Nivel de habilidades o conocimientos necesarios para completar el curso
Deficiente
Medio
Satisfactorio
Muy bueno
41
Excelente
● ¿En que medida ha contribuido el curso a mejorar tus habilidades o conocimientos?
Deficiente
Medio
Satisfactorio
Muy bueno
Excelente
● El mentor es un formador eficaz
En desacuerdo
Neutral
De acuerdo
Totalmente de acuerdo
● Las explicaciones eran claras y estaban bien estructuradas
En desacuerdo
Neutral
De acuerdo
Totalmente de acuerdo
● El mentor estimuló el interés de los alumnos
En desacuerdo
Neutral
De acuerdo
Totalmente de acuerdo
● El mentor aprovechó bien el tiempo lectivo
En desacuerdo
Neutral
De acuerdo
42
Totalmente de acuerdo
● El mentor se mostraba atento y dispuesto a ayudar
En desacuerdo
Neutral
De acuerdo
Totalmente de acuerdo
● Los objetivos del curso estaban claros
En desacuerdo
Neutral
De acuerdo
Totalmente de acuerdo
● El contenido del curso estaba bien organizado y planificado
En desacuerdo
Neutral
De acuerdo
Totalmente de acuerdo
● La carga de trabajo del curso fue la adecuada
En desacuerdo
Neutral
De acuerdo
Totalmente de acuerdo
● Los alumnos pudieron participar activamente en el curso
En desacuerdo
Neutral
De acuerdo
Totalmente de acuerdo
43
CONOCIMIENTOS DE LOS ESTUDIANTES
● Pensamiento crítico y analítico
Deficiente
Medio
Satisfactorio
Muy satisfactorio
● Crear ideas originales y creativas
Deficiente
Medio
Satisfactorio
Muy satisfactorio
● Identificar, plantear y resolver problemas
Deficiente
Medio
Satisfactorio
Muy satisfactorio
● Habilidad para trabajar en equipo
Deficiente
Medio
Satisfactorio
Muy satisfactorio
● Capacidad de usar técnicas, habilidades y herramientas modernas para resolver
problemas
Deficiente
Medio
Satisfactorio
44
Muy satisfactorio
● Adquirir conocimientos en materia de STEM
Deficiente
Medio
Satisfactorio
Muy satisfactorio
● Utilizar herramientas informáticas (Software)
Deficiente
Medio
Satisfactorio
Muy satisfactorio
● ¿Qué aspectos de este curso te resultaron más útiles?
● ¿Cómo mejorarías este curso?
45
ANEXO 2 GUIA DE TRABAJO PARA ESTUDIANTES
46
47
48
ANEXO 3 EVIDENCIAS FOTOGRÁFICAS APLICACIÓN GUIAS JAC
49
50
ANEXO 4 EVIDENCIAS FOTOGRÁFICAS APLICACIÓN GUIAS
FUNDACIÓN JAC STEM GRADO NOVENO (BOGOTÁ AÑO 2018)
51
52
ANEXO 5 EVIDENCIAS FOTOGRÁFICAS PRACTICA EN IBM-
INTELIGENCIA ARTIFICIAL (CAPACITACIÓN, BOGOTÁ AÑO 2018)
53
54
ANEXO 6 EVIDENCIAS FOTOGRÁFICAS APLICACIÓN CONFERENCIA DE
ROBOTICA HUMANOIDE Y SEGUIMIENTO EN EL COLEGIO SILVERIA
(BOGOTÁ, AÑO 2020)
55
ANEXO 7 CRONOGRAMA DE COLEGIOS 2018
56
ANEXO 8 CRONOGRAMA DE COLEGIOS 2019
57
ANEXO 9 MATERIAL AUDIOVISUAL ROBOTICA HUMANOIDE