El despertar de "Matemadera": Prototipando el futuro con Arduino y 4º de Diversificación

Diseño, programación y prototipado del "Medidor Inteligente de Madera". El proyecto "Matemadera" ya no es solo una idea en papel; ha cobrado vida en el aula de tecnología.

Objetivos principales:

1. Desarrollar un dispositivo basado en Arduino para automatizar el cálculo de longitudes, perímetros y áreas. 

2. Crear un recurso didáctico manipulativo que integre las matemáticas con la tecnología y el sector productivo del centro (Madera).

Grupos de alumnado con el que se realiza la actividad:

4º ESO (Diversificación) para la validación y montaje del circuito electrónico. Asimismo, colabora el alumnado del Ciclo de Grado Básico de Carpintería y Mueble para la fabricación de la maqueta final de pino, y contaremos con la participación activa de los alumnos de 2º ESO en la posterior exposición del proyecto.

Descripción de la actividad:

En esta primera fase, los alumnos de Diversificación han procedido al ensamblaje del hardware (Arduino + Sensor HC-SR04 + Pantalla LCD) y a la validación del código de programación. Hemos construido un prototipo funcional utilizando un carril guía y maqueta de cartón para validar la precisión de las mediciones de cuadrados y rectángulos. 

Tras comprobar el correcto funcionamiento del código (cálculo de área y perímetro), se ha iniciado la colaboración con el departamento de Madera (con nuestro compañero Daniel y su alumnado) para trasladar el diseño a una maqueta física profesional de madera de pino.

Una vez que nos entreguen la estructura de madera de pino, los alumnos de 4º ESO Diversificación realizarán la integración técnica final: montarán el Arduino, fijarán el sensor y organizarán el cableado dentro de la maqueta definitiva.

Finalmente, el alumnado de 2º ESO participará en la exposición y demostración práctica de nuestro dispositivo "Matemadera" en la jornada de "Matemáticas en la Calle" en Mérida

Metodologías activas utilizadas:

Aprendizaje Basado en Proyectos (ABP), Pensamiento Computacional y Educación STEAM.

Relación de la actividad con el proyecto CITE del centro:

La actividad cumple con el objetivo STEAM al conectar el área de Matemáticas con la Tecnología y la Formación Profesional del instituto (Ciclo de Madera), fomentando la creación de herramientas digitales propias para el aprendizaje y permitiendo que niveles educativos diversos colaboren en un fin común.

Elementos tecnológicos específicos utilizados por el alumnado:

• Hardware: Placa microcontroladora compatible con Arduino Uno R3, sensor de ultrasonidos HC-SR04 (emisor y receptor de ondas), pantalla LCD 16x02 con módulo de comunicación I2C, protoboard para pruebas, cableado Dupont, multímetro y estacioón de soldadura para electrónica.

• Software: Entorno de desarrollo Arduino IDE para la carga y depuración del código fuente en lenguaje C++.

• Recursos Multimedia: Uso de esquemas de conexión digitales y guías de andamiaje técnico proporcionadas en la PDI del aula para el seguimiento del montaje.

Dificultades encontradas: 

Ajuste de la programación para filtrar "ruido" y lecturas erróneas en el sensor de ultrasonidos por el rebote de ondas en superficies cerradas, además de la coordinación de tiempos entre los diferentes talleres del centro. Como solución, los alumnos ajustaron las variables del código y usaron la guía aislante de la caja de cartón para estabilizar las medidas.

Alumnos/as soldando componentes electrónicos

    

Nuestros alumnos/as de 4º ESO Diversificación trabajando de forma activa en el taller. Bajo la supervisión y labor de mentoría técnica del docente, realizan la soldadura de pines y conexiones físicas de la electrónica.

Trabajo de preparación previa del docente: 

5 horas. Dedicadas al diseño del esquema eléctrico, la escritura y depuración del código en Arduino IDE, la preparación y testeo de los componentes electrónicos individuales, el diseño del banco de pruebas de cartón y las reuniones de coordinación técnica con el profesor Daniel del ciclo de Madera.

Horas de trabajo del alumnado en el aula: 

5 horas: distribuidas en sesiones dedicadas a la toma de medidas iniciales, soldadura de componentes, cableado y testeo del sensor con los alumnos de Diversificación.

Dificultades encontradas para poder alcanzar el % de trabajo con el alumnado: 

No se han presentado incidencias reseñables, salvo la disponibilidad del taller de madera debido a su alta ocupación; por lo demás, la motivación del grupo de Diversificación ha sido excelente al trabajar de forma directa con hardware real.

Pantalla con el esquema y el IDE de Arduino

Sesión de andamiaje computacional: Depurando el algoritmo en el software Arduino IDE para asegurar que las variables matemáticas correspondan a medidas exactas en el display.

Caja de cartón con el sensor y la cinta métrica

Pruebas de calibración y validación del sensor sobre nuestro prototipo de cartón provisional antes de realizar el montaje en la estructura definitiva de pino.

Display mostrando datos correctos

¡Display en funcionamiento en tiempo real! El sistema calcula y muestra en pantalla de forma instantánea la longitud, perímetro y área.