8/2/2019 Poyecto para ensear a programar

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Memoria del Proyecto de Innovacin Docente

APRENDIZAJE ACTIVO DE

PROGRAMACIN CON LEGO

MINDSTORMS NXT

Profesor responsable

Juan Carlos Matos Franco

Departamento de Informtica y Automtica

Escuela Politcnica Superior de Zamora

Entidad financiadora

Universidad de Salamanca

Periodo de desarrollo

Julio/2010 Junio/2011

Dirigido a

Vicerrectorado de Docencia y Convergencia Europea

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NDICE

1. INTRODUCCIN................................................................................................... 3

2. JUSTIFICACIN DEL PROYECTO Y UTILIDAD.......................................... 3

3. OBJETIVOS Y METODOLOGA........................................................................ 4

4.

PLAN DE TRABAJO SEGUIDO.......................................................................... 6

5. VALORACIN DE RESULTADOS..................................................................... 8

6. CONCLUSIONES Y LNEAS DE TRABAJO FUTURAS................................. 9

7. REFERENCIAS .................................................................................................... 10

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1. INTRODUCCINLosLego Mindstorms NXTson unos robots de tipo educativo que estn basados en

el popular juego de construccin Lego, integrados por diferentes partes mecnicas y

electromecnicas controladas por un bloque programable. Este bloque es un computador

integrado (NXT) que puede ser programado de forma flexible, ya que admite diferentes

lenguajes de programacin (adems del que trae por defecto), de forma que el robot

puede recibir informacin del entorno a travs de distintos sensores y realizar una serie

de operaciones con sus actuadores (Figura 1).

Figura 1. Bloque NXT, sensores y actuadores disponibles en el paquete educativo.

2. JUSTIFICACIN DEL PROYECTO Y UTILIDADEl propsito principal de la aplicacin de este proyecto ha sido que el estudiante

emplease diferentes metodologas de programacin sobre un dispositivo fsico (en

concreto programarlo con los lenguajes C y Java), y que observase lo que ocurra

cuando ste interactuaba con el mundo real. Con los Lego Mindstorms NXTel alumno

puede solucionar problemas de diversa ndole, algunos de los cuales ya se han resuelto

de forma terica en el aula, observando adems que puede tomar datos del entorno,

tratarlos y actuar en consecuencia. Con ello se ha pretendido aumentar la comprensin

de las asignaturas de programacin y la motivacin de los alumnos en el aprendizaje dela misma, mediante una aplicacin prctica.

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Otro propsito del proyecto fue potenciar el aprendizaje colaborativo mediante la

creacin de grupos de trabajo organizados de forma que cada alumno se encargase de

una parte del trabajo y tomase decisiones por su cuenta (seleccin de los elementos

del robot, diseo de funcionalidades, bsqueda de soluciones, etc.), integrndose

posteriormente todo en el proyecto global.

Por ltimo se plante que cada alumno realizase un informe, de forma individual,

exponiendo sus aportaciones al trabajo realizado e indicando qu dificultades se haba

encontrado en su desarrollo y qu conclusiones haba alcanzado tras la realizacin de

cada una de las prcticas.

3. OBJETIVOS Y METODOLOGALos objetivos del proyecto fueron ligeramente diferentes segn la asignatura en la

que se aplicaron:

En la asignatura Fundamentos de programacin se aprende a programar utilizandouna programacin estructurada, para la cual se emplea el lenguaje C. Los Lego

Mindstorms pueden programarse con extensiones del lenguaje C (RobotC,Not Quite

C, etc.) que cuentan con entornos integrados de desarrollo multiplataforma (con

versiones para Windows, Linux y OSX) y con potentes herramientas adicionales. Las

prcticas que se realizaron para esta asignatura se encaminaron a la realizacin de

funciones y procedimientos especficos para controlar los robots, empleando para ello

elementos de programacin del lenguaje C (datos, estructuras de control, etc.).

Aunque inicialmente se intent emplearNot Quite C, dado su carcter libre, al final se

utiliz la extensin comercial RobotC for Mindstorms 2.26.1 (Figura 2), que incluyetambin un entorno de desarrollo integrado (IDE), dado que Not Quite Cno funciona

actualmente con los modelos NXT (slo lo hace con los antiguos robots RCX).

En las asignaturas de Programacin Orientada a Objetos, tanto de IngenieraTcnica en Informtica de Gestin como del Grado en Ingeniera Informtica en

Sistemas de Informacin, se emplea un enfoque orientado a objetos. La forma de

programar cambia radicalmente y para mostrar esta diferencia se propuso

inicialmente la resolucin de los mismos problemas que en la asignatura

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Fundamentos de programacin, slo que desde un punto de vista diferente,

empleando clases, mtodos y propiedades (a travs de un interfaz de programacin

de aplicaciones, API), en lugar de funciones y procedimientos. Posteriormente se

desarrollaron tambin los conceptos propios de la programacin orientada a

objetos, como herencia y polimorfismo. El lenguaje utilizado en esta asignatura

fue Java, mediante elframeworkLejOS NXT, en su versin 0.8.5 y, en las ltimas

prcticas, con la nueva versin 0.9.0. Dado que los alumnos programan

bsicamente utilizando el entorno de desarrollo integrado educativo BlueJ, se

incorpor una extensin a este IDE para que les resultara familiar el sistema de

trabajo y pudiesen centrarse nicamente en las caractersticas especiales de

programacin del robot (Figura 3).

Figura 2. Ventana del IDE deRobotC.

Figura 3. Ventana del IDE deBlueJcon la extensin paraLego NXT.

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Las asignaturas concretas en las que se aplic la metodologa de trabajo desarrollada

se detallan a continuacin:

Fundamentos de Programacin(1 curso del Grado en Ingeniera Informtica en Sistemas de Informacin).

Mtodos de Programacin(2 curso de Ingeniera de Materiales).

Programacin Orientada a Objetos(3 curso de Ingeniera Tcnica en Informtica de Gestin).

Programacin Orientada a Objetos(1 curso del Grado en Ingeniera Informtica en Sistemas de Informacin).

4. PLAN DE TRABAJO SEGUIDOEn primer lugar se efectuaron varias reuniones de coordinacin entre los profesores

del grupo para definir la estructura de las prcticas y su ubicacin en los programas de

las distintas asignaturas. En ellas tambin se hizo una planificacin temporal de la

realizacin y entrega de cada uno de los ejercicios prcticos.

Previo a la realizacin de las prcticas en cada uno de los semestres se imparti un

seminario que explicaba el funcionamiento bsico de los robots NXT: estructura,

construccin, comunicacin con el exterior a travs de sensores y actuadores y por

ltimo su programacin. Para que los estudiantes puedan crear un determinado robot

que resuelva un problema propuesto, es necesario que sepan determinar qu

componentes deben utilizar antes de programarlo.

En cada una de las asignaturas se establecieron tres ejercicios prcticos. Para

estas prcticas se definieron los grupos de trabajo, se repartieron los roles y se les

facilit un espacio de trabajo privado en el curso virtual de la asignatura en la

plataforma Studium (compuesto por un gestor de documentos, un foro, un chat y un

wiki), para que as los alumnos pudieran trabajar en lnea de forma colaborativa. Las

prcticas se fueron realizando de forma paralela al desarrollo de la asignatura, con

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distintas sesiones de control tutorizadas, y los resultados obtenidos se presentaron

ante el profesor de la asignatura. Adems cada alumno, de forma individual, realiz

un informe de su trabajo.

Los estudiantes cumplimentaron tambin un pequeo cuestionario sobre su

participacin, exponiendo las dificultades que se haban encontrado en su trabajo e

indicando las observaciones que estimaron oportunas (dificultades, propuestas de

mejora, modificaciones, criterios de calificacin, etc.).

Al trmino de los dos semestres se realiz la valoracin global de la actividad y se

extrajeron las conclusiones finales del proyecto, definiendo las actuaciones necesarias

para ampliar y mejorar la docencia en los prximos cursos.

Figura 4. Etapas del desarrollo del proyecto.

Definicindelasprcticasdecadaasignatura

Propuestasdemejoraparaelprximocurso

Puestaenprcticadelnuevomodelo

Valoracinderesultados

Establecimientodelosequipos

de

trabajo

curso2010 2011

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los robots. Otra dificultad adicional fue la comprensin del funcionamiento fsico del

robot (mecnica, movimientos, rotaciones, sensores, etc.), ya que algunos de los

alumnos de las titulaciones de Informtica nunca haban trabajado con ellos, por lo que

se les proporcion un montaje bsico de un robot con el que empezar a trabajar (Figura

5), as como un sistema de anclajes bsicos para los distintos tipos de sensores.

Figura 5. Montaje bsico del robot.

6. CONCLUSIONES Y LNEAS DE TRABAJO FUTURASEn el desarrollo de este proyecto se han utilizado robots educativosLego Mindstorms

NXTpara el aprendizaje de diferentes lenguajes (y metodologas) de Programacin. Se

han realizado una serie de aplicaciones donde el estudiante ha puesto en prctica los

conceptos tericos aprendidos en las distintas asignaturas, de forma que ha visto el

resultado de lo que programa sobre un dispositivo fsico y cmo interacta con el mundo

real. De esta manera se potencia y facilita el aprendizaje, pues se crea un entorno en el

que los estudiantes pueden desempear actividades propias de una Ingeniera.

Los resultados obtenidos con este proyecto corroboran la utilidad de la forma de

trabajo introducida. Los alumnos han aceptado el modelo de prcticas propuesto, lo han

utilizado de forma intensiva y lo han valorado positivamente. Por todo ello el prximo

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curso se seguir aplicando el nuevo modelo en las asignaturas incluidas en este proyecto

y se har extensible a algunas ms, coordinadas por los profesores que han participado

en este proyecto. En concreto se trabajar conMicrosoft Robotics Studio para programar

los robots con los lenguajes C#y Visual Basic .NETen las asignaturas de programacin

del Grado en Ingeniera Mecnica, que adems incorpora la posibilidad de realizar

simulaciones 3D del proceso de trabajo.

7. REFERENCIASAI and Robots Using Lego Mindstorms NXT.

ltima modificacin: 9/3/2011. Consultado el 30/6/2011.

Barnes, D.J. (2009).Programming LEGO robots with BlueJ. SIGCSE 2009. Disponible

online: . Consultado el

30/6/2011.

Griffin, T. (2010). The Art of Lego Mindstorms NXT-G Programming. No Starch Press.

Kelly, J.F. (2010).Lego Mindstorms NXT-G Programming Guide, 2ed. Apress.LeJOS, Java for Lego Mindstorms.

ltima modificacin: 16/5/2011. Consultado el 30/6/2011.

LejOS NXJ extension for BlueJ.

ltima modificacin: N/D. Consultado el 30/6/2011.

Programar el Lego NXT desde cero con RobotC.

ltima modificacin: 22/6/2011. Consultado el 29/6/2011.

ROBOTC, a C Programming Language for Robotics.

ltima modificacin: 17/6/2011. Consultado el 30/6/2011.

Schueller, A.W. (2010).Programming with Robots. Whitman College, USA. Disponibleonline: . Consultado el 25/6/2011.