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martes, 19 de abril de 2016

Uso de las herramientas de diseño CAD en el área de Tecnología en la Educación Secundaria


Resumen
Abstract
1. Introducción.
    1.1. Justificación.
    1.2. Objetivos.
       1.2.1. Objetivo general.
       1.2.2. Objetivos secundarios.
    1.3. Metodología.
    1.4. Hipótesis.
    1.5. Organización de la memoria.
2.Marco teórico.
    2.1. Antecedentes.
    2.2. Trabajos relacionados.
    2.3. Tipos de herramientas CAD.
    2.4. Características de las herramientas CAD.
    2.5. Clasificación de las herramientas CAD.
       2.5.1. Herramientas CAD para entornos profesionales.
       2.5.2. Herramientas CAD para entornos educativos.
    2.6. Ventajas de los programas CAD 3D respecto a los 2D.
    2.7. Impacto educativo de las herramientas CAD.
    2.8. El diseño CAD en el currículo de Secundaria.
3. Estudio preliminar.
    3.1. Diseño del Estudio.
    3.2. Proceso de obtención de datos.
    3.3. Instrumentos de investigación.
    3.4. Resultados.
       3.4.1.- Resultados de las encuestas realizadas al alumnado.
       3.4.2.- Resultados de las encuestas realizadas al profesorado.
    3.5. Análisis y discusión de los resultados.
4. Propuesta de aplicación de herramientas CAD en la enseñanza Secundaria.
5. Conclusiones y trabajos futuros.
6. Bibliografía.
7. Anexos.

RESUMEN

     Este es el Trabajo Fin de Máster del Máster de Formación del Profesorado de Educación Secundaria y Bachillerato en la especialidad de Tecnología e Informática, realizado en la Universidad Internacional de la Rioja (UNIR) desde febrero de 2012 hasta marzo de 2013.

    No hace tanto tiempo que los ingenieros, arquitectos o delineantes dibujaban encima de una mesa o tablero de dibujo, con instrumentos tradicionales: regla, lápiz, escuadra, cartabón, plantillas, tecnígrafo, paralex, escalímetros, etc.

    Los cambios se hacían sobre el mismo plano, introduciendo revisiones, y si el cambio era muy
grande, había que repetir el plano de nuevo.

    A partir de los años 50 se empiezan a usar en EE.UU. los ordenadores como herramientas de dibujo, apareciendo los primeros programas de diseño CAD (Computer Assited Design), diseño asistido por ordenador.

    Hoy día la utilización del ordenador se ha extendido de tal modo que en la realización de dibujos se ha vuelto imprescindible el uso de herramientas CAD. Los útiles de dibujo han quedado obsoletos con la aparición y desarrollo de potentes programas de diseño y dibujo, que incorporan toda clase de herramientas, utilidades y asistentes para realizar complejos dibujos.

    Dada la importancia creciente de las aplicaciones CAD 3D en el diseño industrial y la investigación científica, estas herramientas están ganando terreno de forma progresiva a las aplicaciones de CAD 2D, y se están implantando cada vez más en empresas e instituciones.

    El estudio pretende averiguar si se ha producido el mismo cambio en el entorno escolar, es decir, si los estudiantes de secundaria siguen usando aplicaciones CAD 2D en sus proyectos y trabajos, o se están implantando soluciones de CAD 3D, que mejoran el interés, el rendimiento, la imaginación y la motivación de los alumnos/as por aprender a diseñar con estas herramientas novedosas tales como:
Sketchup, FreeCAD, SolidEdge o incluso juegos de simulación.

Palabras clave: Software de Diseño, Entornos de aprendizaje, Herramientas CAD,
CAD 3D, CAD 2D, Sketchup, FreeCAD, SolidEdge, Simuladores.

ABSTRACT

Not for so long that engineers, architects or designers drew on a table or drawing board, with traditional instruments: ruler, pencil, square, bevel, templates, tecnigrafo, paralex, scales, etc. Changes were made on the same plane, introducing revisions, and if the change was very large, they had to repeat the plane again.

From the 1950s, they begin to use (in the United States) computers as tools for drawing, appearing the first CAD (Computer assisted Design) design programs, computer-aided design.

Today, the computers has are extended in such a way that in the realization of drawings has become essential to the use of CAD tools. Drawing tools have become obsolete with the emergence and development of powerful programs in design and drawing, which incorporate all sorts of tools, utilities and wizards to perform complex drawings.

Given the growing importance of CAD 3D applications in industrial design and scientific research, these tools are gaining ground gradually to 2D CAD applications, and are they being implemented more and more in companies and institutions.

The study aims to find out if the same change occurred in the school environment, i.e., if high school students are still using 2D CAD applications in their projects and work, or are implementing 3D CAD solutions, which improve the interest, performance, the imagination and the motivation of students to learn to design with these innovative tools such as: Sketchup, FreeCAD, SolidEdge or even simulation games.

Keywords: Design software, Environments for learning, CAD tools, CAD 3D, 2D CAD, Sketchup, FreeCAD, SolidEdge, Simulators.

1.- INTRODUCCIÓN

Se define el “diseño asistido por ordenador” como un conjunto de herramientas informáticas que tienen por objetivo ayudar al técnico en la realización física de los planos de un proyecto o prototipo. Para la utilización óptima de estos sistemas es necesario tener conocimientos básicos de dibujo y diseño y además poseer conocimientos básicos de informática (Domínguez y Espinosa, 2002).

 Un sistema de dibujo asistido, que sustituye al tablero de delineación, suele estar integrado en un sistema de diseño asistido, que da un paso más incorporando herramientas de ayuda en el proceso de diseño, para realizar cálculos, simulaciones, etc. (Domínguez y Espinosa, 2002).

 Hay que destacar la importancia que tienen actualmente los programas CAD (Computer Aided Design) en la mejora de la productividad de las empresas. Las herramientas CAD han supuesto una verdadera revolución en la forma de trabajar y diseñar para los ingenieros, arquitectos, creadores y diseñadores en general.

 Son herramientas en continua evolución y mejora (Sanz y Blanco, 2002). Además han abierto una serie de nuevos campos en el diseño. Ya no se trata solo de diseñar un objeto, sino de fabricarlo con ayuda de herramientas CAM (Siglas de Computer Aided Manufacturing, Fabricación Asistida por Ordenador), que consiste en el uso de ordenadores y programas para controlar los procesos de fabricación y el ajuste de maquinaria (Sanz y Blanco, 2002).

 Esta revolución, debe suponer un cambio drástico en los métodos y herramientas de enseñanza del diseño y del dibujo técnico en nuestras escuelas.

El profesorado debe adaptarse a los nuevos entornos tecnológicos mediante la formación continua y la innovación en nuevos métodos de enseñanza. Nuestra sociedad necesita personas formadas en las nuevas tecnologías y que conozcan las herramientas que se usan en las empresas y organizaciones competitivas.

El alumnado es sensible a estos cambios, y demanda una formación de calidad, que elimine viejos patrones, métodos obsoletos y herramientas en desuso o que ya no tienen vigencia en la sociedad actual.

1.1. JUSTIFICACIÓN

El proceso de elección comienza por la selección deun tema relacionado con las TIC’s en la educación, dada la importancia que  estas están teniendo actualmente en nuestra sociedad. Sin embargo, este tema es tan amplio, que es necesario delimitar su alcance al área de Tecnología.

 Dentro de la asignatura de Tecnología existen numerosos contenidos que son susceptibles de la realización de un estudio. El Dibujo Técnico es una de las habilidades que deben adquirir los alumnos.

El dibujo técnico es una materia compartida con la asignatura de Educación Plástica y Visual, que desarrolla también estos contenidos de forma más concreta y centrada especialmente en el uso de útiles de dibujo y métodos de dibujo tradicionales.

 Desde este punto de vista, el enfoque en el que se ha centrado este trabajo, está relacionado el uso de herramientas CAD aplicadas a la creación de modelos en tecnología para el desarrollo de lo que es el eje principal de la asignatura, “El Proceso Tecnológico” y “El Método de Proyectos”.

“Si el investigador no sabe formularse las preguntas específicas de cuya respuesta obtendrá la definición de su problema, no estará en posibilidades de llegar al planteamiento adecuado de su hipótesis” (González Reyna, 1994).

 Por tanto, la clave está en formularse las preguntas adecuadas. La cuestión era saber si los alumnos de secundaría están usando estas herramientas CAD, en qué grado, qué tipo de herramientas se usan en secundaria y sobre todo, como se usan esas herramientas CAD.

 A partir de esta cuestión se plantea el título de este estudio: “Uso de las herramientas de diseño CAD en el área de Tecnología en la Educación Secundaria”.

La perspectiva del profesorado también se ha tenido en cuenta en este estudio, tratando de analizar la influencia y la participación del profesorado en la aplicación de estas tecnologías en el aula.

 Llevar a cabo un estudio de este tipo puede suponer un largo tiempo de elaboración. Por ello, era necesario delimitar el área geográfica de la investigación, centrándola en dos institutos de la ciudad de Jaén.

1.2. OBJETIVOS

Este trabajo pretende hacer un estudio sobre el uso de las herramientas CAD en la Enseñanza Secundaria, especialmente el uso de  programas CAD 3D, que suponen un salto cualitativo considerable respecto  a los programas CAD 2D.

 Para ello se van a analizar dos centros de Secundaria y Bachillerato en la ciudad de Jaén.
El estudio toma en consideración dos fuentes principales:

•  El alumnado como receptor y usuario final de esta herramientas CAD. Teniendo en cuenta sus necesidades, sus conocimientos previos, sus motivaciones y sus características principales.

•  El profesorado como motor principal del cambio y delas innovaciones en los métodos de enseñanza y en el uso y aplicación de las herramientas necesarias para la adecuada formación en diseño y en dibujo técnico.

1.2.1. Objetivo general

El objetivo general es estudiar los beneficios de  la enseñanza y uso de las herramientas CAD en dos grupos de alumnos de 4º curso de Educación Secundaria.

Se trata de saber si los alumnos utilizan herramientas CAD, cuales son las más usadas, y qué tipo de actividades realizan con ellas.

1.2.2. Objetivos secundarios

Toda investigación nace con un fin, en nuestro caso lo que se espera es alcanzar algún grado de conocimiento sobre el uso delas herramientas CAD por alumnos de Secundaria.

 Los objetivos secundarios responden a la pregunta ¿para qué queremos saber esto?. Una respuesta a esta pregunta sería: “para plantearnos mejoras en el proceso de enseñanza/aprendizaje”. Algunos objetivos secundarios:

- Estudiar las herramientas CAD más apropiadas para los entornos de enseñanza en secundaria.

- Estudiar las metodologías de enseñanza-aprendizaje más novedosas y eficaces en la enseñanza del diseño CAD.

- Conocer las técnicas más empleadas por los profesores en la enseñanza del diseño asistido por ordenador en los centros de secundaria.

- Describir la actividad de diseño en 3D como un proceso de innovación curricular.

- Analizar las opiniones de profesorado y alumnado en el desarrollo de la actividad.

- Comprobar la funcionalidad de las herramientas CAD en el desarrollo de proyectos en el área de tecnología.

- Analizar la implicación del uso de herramientas CAD en el desarrollo de las competencias básicas.

1.3. METODOLOGÍA

   La metodología que se ha empleado en este trabajo de investigación es tanto cualitativa como cuantitativa. Desde la metodología cualitativa se trata de obtener información relevante sobre la utilidad y funcionalidad de las herramientas CAD, desde el punto de vista del alumnado y del profesorado. A través de la metodología cuantitativa se pretende:

•  Poder examinar los datos de forma numérica y estadística.
•  Fundamentar los hechos, prestando poca atención a la subjetividad de los individuos.
•  Hacer una representación parcial de la realidad y proyectarla al resto de la población.
•  Tratar de llegar a unas conclusiones a partir del análisis de los datos obtenidos.

    El método consiste en un estudio de campo, a través de encuestas con preguntas concretas a los alumnos y entrevistas con el profesorado de tecnología. En un principio se consideraron para la realización de este estudio seis institutos de Jaén, realizándose visitas personales y envío de las encuestas a través de correo electrónico, pero por razones ajenas al investigador, solo han participado dos grupos alumnos de 4º de ESO de dos centros. En cambio, han participado profesores de
cinco centros.

    El proceso de investigación comprende una serie de fases principales, entre ellas: elección del tema, plan de trabajo, registro, clasificación de la información y redacción del trabajo (González Reyna, 1994).

    La metodología seguida en este estudio, comprende una planificación del trabajo a realizar, una recopilación del material, clasificación de los datos obtenidos, la redacción y revisión preliminar, la redacción definitiva y la revisión final.

1.4.- HIPÓTESIS

    Las hipótesis nos indican lo que estamos buscando o tratando de probar y pueden definirse como explicaciones tentativas del fenómeno investigado formuladas a manera de proposiciones. Pueden ser más o menos generales o precisas e involucran a dos o más variables (Hernández, Fdez y Baptista, 1997).

    Las hipótesis van a sugerir los métodos y las técnicas de investigación, según González Reyna (1994). Las hipótesis que se van a considerar en este estudio son las siguientes:

•  La mayoría de las herramientas CAD utilizadas en los centros de secundaria son de CAD 2D.
•  El uso de herramientas CAD 3D está muy poco extendido en las escuelas de secundaria.
•  El uso de herramientas CAD 3D mejora el interés y la motivación en el aprendizaje del dibujo técnico respecto a los programas de CAD 2D.
•  Los programas de diseño CAD 3D son más intuitivos y fáciles de aprender que los programas CAD 2D.
•  El uso de las herramientas CAD 3D aumenta la creatividad y la visión espacial del alumnado.
•  La formación del profesorado en herramientas CAD 3D aumenta su implicación en la incorporación de éstas en los procesos de enseñanza.
•  Los alumnos que usan las herramientas CAD 3D comprenden mejor los contenidos curriculares del dibujo y diseño, especialmente las perspectivas y las vistas de alzado, planta y perfil.

1.5.- ORGANIZACIÓN DE LA MEMORIA.

    En este apartado se realiza una breve descripción del contenido de los diferentes apartados de este estudio. En el capítulo 2 se hace un estudio de los trabajos relacionados, comenzando con una introducción a los programas CAD.
    Después se describen las características que deben tener los programas CAD para entornos profesionales y las características para entornos educativos. En el siguiente subapartado se hace una clasificación de las principales herramientas CAD 2D y 3D para entornos profesionales y para
entornos educativos.

    En el siguiente subapartado se hace una valoración del impacto educativo de las herramientas CAD. Y se finaliza el capítulo con las referencias y relaciones del diseño asistido con el currículo de Secundaria.

    En el capítulo 3 se describe el estudio preliminar llevado a cabo en esta investigación. Se detalla cómo se ha realizado el diseño del estudio, el procedimiento que se ha seguido, los instrumentos de investigación que se han utilizado, los resultados obtenidos clasificados y agrupados para el alumnado y para el profesorado, y por último se realiza un análisis de los resultados obtenidos.

    En el capítulo 4 se realiza una propuesta de aplicación de las herramientas CAD en Secundaria, mediante el uso de herramientas CAD recomendadas para diferentes unidades didácticas de 3º curso de E.S.O.

    En el capítulo 5 se establecen las conclusiones a las que se ha llegado en este estudio, y se proponen futuras líneas de investigación relacionadas.

2.- MARCO TEÓRICO

2.1.- ANTECEDENTES

    El primer CAD data de los años 50 para las Fuerzas Aéreas de USA. En los 60, los sistemas CAD se utilizaron para diseñar espacios interiores de oficinas. En 1968 estaban ya disponibles los sistemas CAD 2D (muy básico, tal y como lo entendemos hoy en día). Estos sistemas funcionaban en terminales de grandes ordenadores (mainframes) (Baldasano et al, 2001).

    A principios de la década de los 70 varias compañías empezaron a ofrecer sistemas de diseño/dibujo automatizado. Muchos de los productos y firmas más conocidas en la actualidad tuvieron sus inicios en este periodo. Algunos de estos nombres incluyen CATIA y CADLink (Baldasano et al, 2001).

    En los años 80 aparece Autodesk con el objetivo de crear un programa de CAD que funcione sobre un PC. En poco tiempo Autocad llegó a ser el programa más popular de CAD. Muchos otros programas de compañías diversas siguieron la misma senda. Durante esta década, los programas de CAD se utilizaban básicamente para desarrollos de ingeniería (Baldasano et al, 2001).

    En los años 90 se generalizan las visualizaciones en 3D. Autocad versión 12 se convierte en el programa de CAD sobre Windows más vendido. A mediados de los 90 aparecen muchos programas de CAD para una gran variedad de usos y aplicaciones.

    A finales de los 90 mucha gente utiliza ya los programas de CAD de forma habitual, pero hay todavía una gran lucha por atraer la atención de los usuarios. Se desarrollan programas mejores para satisfacer las necesidades crecientes de la industria. Se desarrollan también muchos programas sencillos de CAD.

     Los programas de CAD 3D abundan en el mercado. Se ofrecen soluciones a segmentos verticales aportando soluciones específicas para cada uno de ellos: construcción, ingeniería civil, mecánica, fabricación, etc (Baldasano et al, 2001).

    Hay que distinguir entre un sistema de dibujo asistido, sustituto del tablero de delineación, y un sistema de diseño asistido, herramienta de apoyo en las tareas de diseño industrial realizadas por un técnico o ingeniero (Domínguez y Espinosa, 2002).

    Existe cierta confusión cuando se asocia indiscriminadamente el concepto de CAD tanto con el dibujo como con el diseño asistido por ordenador. Hay numerosos programas de dibujo, como por ejemplo el famoso CorelDRAW, OpenOffice Draw, que son magníficos programas de dibujo pero que no son CAD propiamente dichos.

    Normalmente se asocia, el dibujo y diseño asistido por ordenador con los sistemas CAD (Computer Aided Design). La matización conceptual importante que nos determinará la clasificación entre programas de dibujo asistido por ordenador (D de Drafting) y programas de diseño asistido por ordenador (D de Design), viene determinada por el análisis de los sistemas CAD dentro del marco CIM (Computer Integrated Manufacturing) (Domínguez y Espinosa, 2002).

2.2.- TRABAJOS RELACIONADOS

    Existen pocas referencias relacionadas con el uso de programas CAD en la Educación Secundaria. A continuación se describen algunas investigaciones que han sido consideradas como antecedentes en la elaboración de este trabajo, y que tienen cierta vinculación con el uso de herramientas CAD en la enseñanza.

    En el artículo de Baldasano (2001) se hace un repaso a la evolución histórica de los programas CAD desde sus inicios y se intenta dar una proyección de futuro con especial énfasis en las aplicaciones de realidad virtual (RV) que tratan de llevar el mundo real al ordenador mediante simulaciones de entornos virtuales.

    Este trabajo ha servido de referencia en la elaboración de los antecedentes. El trabajo de La Cruz y Casariego (2007) ofrece una visión de cómo el sistema educativo está cambiando con la aparición de herramientas tecnológicas relacionadas con las TIC’s, que han mejorado y facilitado el cálculo y el diseño.

    La metodología utilizada es de tipo documental y el objetivo principal es plantear como



Para ver el documento completo visitar el siguiente enlace:

https://reunir.unir.net/bitstream/handle/123456789/1457/2013_01_31_TFM_ESTUDIO_DEL_TRABAJO.pdf?sequence=1


También puedes visitar el Repositorio Virtual de la UNIR donde aparece la referencia y los datos del Trabajo Fin de Máster:

https://reunir.unir.net/handle/123456789/1457