PENSAMENT COMPUTACIONAL        I ROBÒTICA

1. CONTEXT D'ÚS

1.1. Introducció

En aquest treball, l'objectiu ha sigut utilitzar eines de Pensament Computacional i Robòtica per controlar digitalment algunes variables bioclimàtiques de referència. No sols això sinó també connectar els ODS i la producció d'aliments de quilòmetre zero amb tecnologies STEAM com Micro:bit, Lego i Bluebot. Es busca crear escenaris educatius STEM mitjançant la presentació de narratives transdisciplinàries les quals, fent ús de processos de pensament lògic, permetin l'aparició de diferents situacions d'aprenentatge a l'aula

1.2. Context escolar

Estem treballant en una escola ZER que s'aposta molt per treballar projectes de l'entorn. L'escola dona molta importància al seu hort, ja que es considera molt important que l'alumnat tingui aquest coneixement. Des de petits han de ser conscients de la importància d'una alimentació saludable, per això es treballa amb diferents objectius de desenvolupament sostenible, com ara l'ODS 3 de garantir una vida sana i promoure el benestar per a tots a totes les edats.

El nostre projecte de l'hort escolar utilitzant altres ODS específics, com ara l'ODS 4 i 12: Educació de qualitat i producció i consum responsable respectivament. L'ODS 7, també es pot destacar, ja que treballa l'energia assequible i no contaminant el qual era un dels apartats a estudiar en el projecte per a nodrir el nostre hort escolar. Finalment, també apliquem l'ODS 17 que ens mostra la importància de treballar tots junts per a un mateix objectiu. En el nostre cas l'escola completa treballarà unànimement per proliferar el nostre hort utilitzant les noves tecnologies emergents. L'ODS 17 té una gran importància en els valors de la nostra escola perquè sempre s'ha buscat eliminar les barreres que normalment hi ha en les escoles, barreres condicionades a l'edat i al cicle que treballen els alumnes.

A l'escola es disposa d'un terreny on cada any es construïa l'hort escolar. Ara fa uns anys que ja no es fa aquesta pràctica, ja que sempre hi ha una circumstància o altra que no deixa tenir una collita sana. L'alumnat té ganes de continuar amb l'hort i aprofitant l'arribada de les Micro:bit a l'escola, el professorat STEM vol donar una altra oportunitat a l'hort.

Es decideix abordar-ho en forma de projecte i aprofitant que és una escola ZER amb un nombre reduït d'estudiants s'involucrarà tota l'escola, des dels més petits als més grans, d'aquesta manera l'hort serà dissenyat, cultivat, cuidat i recollit per tots i cada un dels membres de la comunitat escolar.

En la primera part de l'activitat de programació d'una Micro:bit es demana la creació de cinc funcionalitats diferents que remin a favor de la seguretat i proliferació del nostre hort escolar. L'activitat de programació estaria encarada a l'alumnat de cicle inicial, cicle mitjà i de cicle superior. Com a docents volem involucrar el màxim d'alumnat possible; per tant, involucrarem a l'escola al complet.

Per la part de cicle inicial s'encarregaran de la creació de l'hort i fer el cultiu. Per part de cicle mitjà es buscaran els diferents usos que poden tenir les Micro:bits o com ajudar a la proliferació de l'hort. Finalment, l'alumnat de cicle superior serà l'encarregat de programar la Micro:bit amb les demandes dels seus companys de cicle mitjà. Abordarem aquesta activitat com a projecte multinivell de centre on es treballaran totes i cada una de les STEM.

Per part de (S) ciència, es farà un estudi complet de les plantes que ens donen fruit i s'aprofitarà per abordar temes com a parts de les plantes, tipus, que són els fruits, com funciona la fotosíntesi, osmosis…

Com a (T) tecnologia es treballarà tot el tema de la Micro:bit, programació, usos, extensions. És una de les parts més extenses del nostre projecte, ja que és la programació és l'eix vertebrador del nostre projecte perquè aquest gira entorn de la Micro:bit i els seus usos.

Si parlem de la (E) enginyeria, es treballa pel que fa al disseny de l'hort, la seva distribució i com incorporar els dissenys Micro:bit, Lego i Bluebot en aquests.

Quant a les (M) matemàtiques, aquestes es troben al llarg de tot el treball. S'utilitzen diferents unitats de càlcul i de temporització per poder programar i fer que els dissenys funcionin correctament.

Els destinataris principals són els estudiants, independentment del seu cicle, atès que està pensat pels tres cicles (inicial, mitjà i superior). El nostre xatbot permet que els usuaris seleccionin entre opcions de manera interactiva, com el tipus de llibre, el gènere, la temàtica i l'estil desitjat. Tot i que, el procés per seleccionar el llibre és igual a tots els cicles, les recomanacions finals estan personalitzades segons l'etapa educativa en què es troba cadascun dels alumnes.

FIGURES 1, 2, 3, 4 i 5. Nacions Unides. (2023). Objectius de Desenvolupament Sostenible. [Imatges]. Desenvolupament Sostenible.

1.3. Funció específica

L'objectiu d'aquest treball és crear i engegar escenaris educatius STEM que incloguin el pensament computacional i la robòtica com a eines per abordar desafiaments reals relacionats amb variables bioclimàtiques, sostenibilitat i producció d'aliments locals, bàsicament l'hort escolar.

Tot i que és un projecte global per a tota l'escola nosaltres per desenvolupar aquest treball ens centrem en cicle superior, és a dir ens centrarem en la programació de les Micro:bit, programació i construcció d'un robot articulat amb una funció especifica dins del nostre hort i finalment la creació d'un patró amb la Bluebot per tal de promocionar la tècnica de cultiu rotatori. 

Si pensem en un futur també podem destacar com a beneficiaris els futurs alumnes de l'escola, els que aniran arribant i els que aniran creixent, ja que cada cop es podrà actualitzar més i treballar de maneres diferents partint de la base que es creï ara.

2. DOCUMENTACIÓ

2.1 Control digital de l'hort

En aquest primer apartat, es treballa amb l'eina Micro:bit on s'han creat diferents elements d'assistència digital per a l'hort escolar utilitzant almenys cinc funcionalitats diferents de BBC Micro:bit. No sols això, també s'ha incorporat una extensió de BBC Micro:bit com a assistència digital, que en aquest cas s'anomena iot-environment-kit. Seguidament, hi ha una explicació específica de cada funcionalitat amb les imatges corresponents.

2.1.1. Temperatura ambient

La primera funcionalitat de la Micro:bit és mostrar els graus de la temperatura ambient a temps real quan es clica el botó A. D'altra banda, quan es clica el botó B es mostra una icona somrient si la temperatura està entre els 10° i els 30° atès que és el rang ideal pel creixement de les plantes i una careta trista si està per sota dels 10° o per damunt dels 30°, atès que, en el primer cas, el creixement de les plantes es pot alentir i algunes poden aturar-se i en el segon, l'estrès tèrmic pot afectar el desenvolupament de les plantes i reduir la seva producció.

FIGURES 1 i 2. Fonts pròpies. (2024). Temperatura ambient cada X temps. Micro:bit. [Imatge i vídeo].

2.1.2. Nivell de llum

La segona funcionalitat de la Micro:bit és mostrar el nivell de llum quan es clica el botó A. D'altra banda, en clicar el botó B, si el nivell de llum és inferior a 50 es mostra una icona trista, si està entre 50 i 100 una icona neutra i si és superior a 100 una icona contenta, atès que és el valor ideal per a les plantes.

FIGURES 3 i 4. Fonts pròpies. (2024). Detector del nivell de llum solar. [Imatge i vídeo]. Micro:bit.

2.1.3. Humitat del sòl

La tercera funcionalitat de la Micro:bit és mostrar el si nivell d'humitat del sòl quan es clica el pin P0. Hi ha tres resultats possibles, en primer lloc, que el sòl estigui entre 0 i 300, que significa que està molt sec i, per tant, es mostra una icona trista. En segon lloc, que estigui entre 300 i 700, això vol dir que la humitat del sòl és moderada i adequada per moltes plantes i, per tant, es mostra una icona contenta. Finalment, entre 700 i 1023 el sòl està molt humit o saturat, en aquest cas es torna a mostrar una icona trista.

FIGURES 5 i 6. Fonts pròpies. (2024). Detector del nivell d'humitat del sòl. [Imatge i vídeo]. Micro:bit.

2.1.4 Brúixola

La quarta funcionalitat de la Micro:bit és de brúixola, en aquest cas hem creat una variable que hem anomenat "degrees" i li hem assignat el valor de la direcció de la brúixola. A partir d'aquí, el Nord (N) es troba entre 315° i 45°, l'Est (E) es troba entre 45° i 135°, representant els angles cap a la dreta, el Sud (S) abasta de 135° a 225°, indicant els angles cap avall i finalment, l'Oest (O) es troba entre 225° i 315°, representant els angles cap a l'esquerra. Quan l'angle detectat per la brúixola està dins d'un d'aquests intervals, es mostra el punt cardinal corresponent.

FIGURES 7 i 8. Fonts pròpies. (2024). Brúixola. [Imatge i vídeo]. Micro:bit.

2.1.5. Detector de sons i gravadora

La cinquena funcionalitat de la Micro:bit és detectar sons i gravar-los per posteriorment reproduir-los. Quan el clica el botó A, es configura una freqüència de mostreig d'11.000 Hz i es mostrarà una icona a la pantalla LED, seguidament es grava un clip d'àudio fins que s'acabi. Per altra banda, si la Micro:Bit detecta un so fort, espera 2 segons, ajusta la freqüència de mostreig a 22.000 Hz, reprodueix el clip d'àudio gravat i finalment, mostra una icona en forma de nota musical.

FIGURES 9 i 10. Fonts pròpies. (2024). Detector de sons i gravadora. [Imatge i vídeo]. Micro:bit.

2.1.6. Extensió

La funcionalitat d'extensió de la Micro:bit és detectar la velocitat del vent gràcies a l'extensió iot-environment-kit. En iniciar-se la Micro:bit aquesta comença un control de vent i seguidament, mostra la seva velocitat.

Perquè tot això sigui possible, hem construït una infraestructura mòbil amb Lego on hem enganxat la nostra Micro:bit, de manera que, si hi ha vent el pot detectar ràpidament.

Per saber si aquesta velocitat és favorable o perjudicial per a l'hort, quan es clica la lletra A, si la velocitat es troba entre 0 i 20, que significa que hi ha vents suaus, que no danyen les plantes i fins i tot, poden ser beneficiosos, atès que afavoreixen la ventilació i la pol·linització, per tant, es mostra una icona contenta. En canvi, si la velocitat està entre 20 i 40, pot començar a ser un vent problemàtic, sobretot per plantes joves o amb fulles grans, ja que poden trencar-se o ser arrossegades, per tant, es mostra una icona neutra. Finalment, un vent de més de 40 pot causar danys greus, trencant estructures o arrancant l'arrel de les plantes, en aquest cas es mostra una icona trista.

FIGURES 11, 12 i 13. Fonts pròpies. (2024). Velocitat del vent. [Imatges i vídeo]. Micro:bit.

2.2 Robòtica educativa: LEGO

Nom: RoboRasclet

FIGURES 13, 14, 15, 16, 17 i 18. Fonts pròpies. (2024). Construcció i funcionament del RoboRasclet. LEGO Education. [Imatges i vídeo].

FIGURA 19. Font pròpia. (2024). Comandaments RoboRasclet. [Imatge]. LEGO Education.

Respecte a la part robòtica educativa amb LEGO, hem creat una adaptació d'un robot "Saltador". Aquesta figura s'anomena RoboRasclet i tal com indica el seu nom fa la funció d'un rasclet, remoure el sol de l'hort.

Els alumnes no sols poden crear aquest robot, sinó que també poden programar els diferents comandaments del RoboRasclet perquè es mogui dins del paràmetre establert. La seva funció no sols és de combinar l'aprenentatge i aplicació pràctica sinó també ajuda en el manteniment de l'hort escolar. Pot ajudar a remoure la terra per airejar-la abans de sembrar, i preparar-la per noves plantacions. Amb aquesta eina s'estalvia temps i esforç manual.

També pensant en la inclusió de tots els infants, un RoboRasclet facilitaria el manteniment de l'hort i qualsevol persona amb limitacions físiques no se sentiria exclosa en no poder contribuir en aquesta tasca.

2.3 Programació primerenca

La rotació de cultius és una tècnica agrícola que consisteix a alternar diferents tipus de cultius en una mateixa parcel·la al llarg del temps, en lloc de cultivar sempre el mateix tipus de planta. Això té com a objectiu mantenir la salut del sòl, augmentar la seva fertilitat i reduir els riscos associats a plagues i malalties.

Beneficis principals:

• Millora de la fertilitat del sòl: enriquint el sòl i beneficiant els cultius que s'hi plantin després.

• Reducció de plagues i malalties: Alternar cultius dificulta la proliferació de plagues i malalties que solen afectar un cultiu específic.

• Prevenció de l'esgotament del sòl: Diferents plantes tenen diferents necessitats nutricionals. La rotació ajuda a evitar que el sòl es degradi.
• Millor gestió de les males herbes: Alguns cultius competeixen millor contra males herbes que d'altres; alternar-los ajuda a controlar-les.

El nostre hort de rotació de cultius comptarà amb patates, enciams, pèsols i tomàquet, es veuen indicades en ordre en les següents imatges.

FIGURA 20. Font pròpia. (2024). Cultius. [Imatges]. Freepik.

La nostra idea per treballar la rotació de cultius a partir de la Bluebot és la següent:

En la primera proposta per al nostre hort de cultiu rotacional es disposarà l'hort de manera que es creï un circuit tancat rectangular on la Bluebot va de vèrtex en vèrtex subministrant nutrients als cultius. La idea del circuit rectangular neix amb l'objectiu de ser més eficients quant a la distribució del terreny. Com que és un circuit tancat senzill no costa molt a l'hora de fer servir un pensament abstracte abans de donar les ordes al nostre robot. Per tant, és una rotació on és molt més fàcil que amb poc recorregut dins de la robòtica es pugui assolir el coneixement bàsic de programació amb Bluebot.

En la següent imatge s'adjunta la codificació que ha rebut la Bluebot per tal de descodificar-la i aplicar l'ordre seguint les pautes del circuit quadrangular del nostre hort.

FIGURES 21 i 22. Fonts pròpies. (2024). Recorregut i instruccions 1. [Imatge i Vídeos]. Bluebot

FIGURA 23. Font pròpia. (2024). Dibuix de la distribució cultius en l'hort 1. [Imatge].

La segona proposta compta en una rotació en la qual el Bluebot fa un recorregut ziga-zaga. Tal com es veu en la següent taula, la seqüència de la dreta és la que farà el Bluebot per arribar fins al final del recorregut; la de l'esquerra és la tornada del Bluebot fins al punt de partida.

Aquesta distribució i rotació tenen com a objectiu l'eficiència de l'ús de l'aigua, ja que en un mateix canal d'aigua té cultius per les dues bandes. No sols això, però aquesta proposta té un nivell de programació del Bluebot més complexa que la primera; els alumnes hauran de programar perquè el Bluebot retorni al punt d'origen, el qual requereix més passos.

En aquesta primera rotació de ziga-zaga, com a incorporació extra, es pot introduir-la Micro:bit en el Bluebot per tal de mesurar diferents funcions, com ara la temperatura, humitat, etc.

FIGURES 24 i 25. Fonts pròpies. (2024). Recorregut i instruccions 1. [Vídeos]. Bluebot.

FIGURA 26. Font pròpia. (2024). Dibuix de la distribució cultius en l'hort 2. [Imatge].

3. Especificació i justificació

Aquesta activitat té com a funció principal utilitzar eines de pensament computacional i robòtica per controlar digitalment algunes variables bioclimàtiques de referència. El més important a destacar en el context específic que hem treballat, és que els destinataris dels elements programats i prototipats, no sols són els alumnes que acompleixen les activitats. Si no que també els futurs alumnes, més específicament aquells en cicle inicial i mitja, que tindran l'oportunitat de treballar amb l'hort en els futurs anys.

Com s'ha mencionat prèviament, el pensament computacional forma part d'aquesta activitat, ja que són uns processos que impliquen resoldre problemes de manera lògica i estructurada. Alguns dels components clau del pensament computacional són la descomposició, la detecció de patrons, la creació d'algorismes (passos per resoldre un problema), etc. Un exemple clar en l'ús del Micro:bit és que a mesura que els alumnes treballen, poden identificar patrons en les seves solucions i acaben programant de manera més ràpida. No sols això, amb els LEGO es fomenta l'experimentació, ja que els nens poden construir i provar diferents solucions abans d'arribar a la seva construcció final. I per acabar, en l'apartat de la rotació de cultius amb el Bluebot, un exemple seria la descomposició del problema; la qual cosa implica dividir la rotació de cultius en parts i treballar a partir d'aquesta idea principal.

4. Reflexió

Els processos iteratius i d'avaluació són essencials per garantir que els prototips i codis de blocs desenvolupats siguin funcionals i compleixin amb els objectius educatius i tècnics previstos. A través d'aquests processos, s'identifiquen errors, es revisen les funcionalitats i es millora la programació segons les necessitats observades.

En el projecte de control digital de l'hort escolar, aquestes iteracions ajuden els alumnes a refinar diferents elements com ara la precisió de les lectures de sensors o la resposta adequada de les icones de la Micro:bit; això contribueix no sols en el desenvolupament del pensament computacional, sinó que també en STEM.

A cada iteració, s'ajusten les funcionalitats per assegurar que els elements compleixin amb els requisits del context real en què seran utilitzats. Això inclou millores en el codi i les diferents adaptacions als dissenys dels robots o l'hort perquè compleixin els objectius previstos. Aquest enfocament iteratiu fomenta la prova i error constructiu, que per als alumnes serà un procés d'aprenentatge molt valuós per al seu futur.

A nivell més personal, i com a grup, hem pogut treballar amb aquests diferents recursos i també hem hagut de basar-nos en la prova i error; sobretot a l'hora de programar la Micro:bit ja que els codis no ens han funcionat correctament sempre. No sols això, però l'apartat del Bluebot i el Lego hem vist que pot ser una part perquè els alumnes es desenvolupin més creativament, i tinguin l'oportunitat de veure els resultats de la seva programació de manera instantània.

5. Referències

Digital Moment (formerly Kids Code Jeunesse) [@DigitalMomentCA]. (2020). How to measure wind & water with micro:bits. Youtube. https://www.youtube.com/watch?v=l7Jw-Eps_Hs&t=177s 

Gamez, M. J. (2022). Objetivos y metas de desarrollo sostenible. Desarrollo Sostenible. https://www.un.org/sustainabledevelopment/es 

‌Micro: bit programming effects on elementary STEM teachers' computational thinking and programming attitudes: a moderated mediation model. (2024). Journal of Research on Technology in Education. https://doi.org/10.1080//15391523.2024.2402357 

Microsoft. (2022). Micro:bit. Micro:bit Educational Foundation. https://makecode.microbit.org