Diseño de la fichas tipo LEGO a utilizar en un panel electrónico para la enseñanza de

operaciones matemáticas básicas a niños con capacidad visual especial

Alexis Bermeo#1, Cinthya Figueroa#1, Milton Lima#1, Karen Ochoa#1ª, Andy Peña#1, Jonathan Romero#1,

Jorge Luis Jaramillo#2

#1 Profesionales en formación Universidad Técnica Particular de Loja #2 Docente de la EET, Universidad Técnica Particular de Loja

Loja, Ecuador 2014

1ambermeo1@utpl.edu.ec, 1cafigueroa1@utpl.edu.ec, 1mjlima1@utpl.edu.ec, 1knochoa@utpl.edu.ec, 1arpena@utpl.edu.ec,

1jaromero3@utpl.edu.ec, 2jorgeluis@utpl.edu.ec

Resumen— se describe el diseño de opciones de fichas tipo LEGO a utilizar en un panel electrónico para la enseñanza de matemáticas básicas a niños con capacidad visual especial, se detalla el proceso de ingeniería de detalle en la fabricación de cada ficha; y, explica el proceso de selección del diseño óptimo.

Palabras claves—enseñanza de matemáticas, niños con

capacidad visual especial, LEGO

I. INTRODUCCIÓN En un trabajo anterior se describió el diseño de un panel

electrónico para la enseñanza de matemáticas básicas a niños con capacidad visual especial, basado en la utilización de fichas tipo LEGO.

En este trabajo, se describe el diseño de 4 opciones de

fichas tipo LEGO a utilizar en el panel (operandos, operadores, y, referencias de posición); se describe el proceso de fabricación de cada uno de los diseños; y, se explica el proceso de selección del diseño óptimo con la participación del grupo beneficiario.

II. OPCIONES PLANTEADAS PARA LAS FICHAS

Considerando el grado de desarrollo de la capacidad

táctil en el grupo beneficiario del proyecto, y, los requerimientos de estética planteados por el equipo de trabajo, se decidió plantear al menos 4 posibles diseños de fichas, de entre las cuales se escogería la opción óptima.

Para cumplir con este objetivo se subdividió el

equipo de trabajo en 4 grupos, y, cada uno de ellos presentó su propuesta.

A. Primer diseño

En las fichas de operandos, en la cara superior de cada

una de ellas, se imprimirá el valor absoluto (de 0 a 9), tanto en código Braille (en alto relieve, en la parte superior) como en números arábicos (en bajo relieve, en la parte inferior), tal como lo muestra la Fig.1.

Fig. 1 Vista de planta de ficha propuesta en el primer diseño

(Autores) La geometría de cada ficha corresponde al estándar de

una pieza LEGO (ver Tabla 1).

Tabla 1 Geometría de las fichas del primer diseño. Autores

Largo Ancho Profundidad Medidas, mm 31,8 15,8 9,6

Los criterios descritos anteriormente fueron también

utilizados para el diseño de las fichas de operación y de referencia de posición. La Fig.2 muestra una vista general del panel con el tipo de fichas propuestas.

Fig. 2. Diseño general del panel y de las fichas propuestas en el primer

diseño. (Autores)

B. Segundo diseño

Por geometría este diseño es similar al anterior. La diferencia fundamental radica en el hecho de que se suprime los cilindros que no representan información alguna para la codificación Braille (ver Fig.3).

Fig 3. Vista de planta de ficha propuesta en el segundo diseño (Autores).

C. Tercer diseño

Con la intención de facilitar la manipulación de las fichas, en esta propuesta las dimensiones geométricas de la ficha se amplían, tal como lo muestra la Tabla 2.

Tabla 2. Geometría de las fichas del tercer diseño. Autores

Largo Ancho Profundidad Medidas, mm 39,8 23,8 9,6

Por otra parte, los cilindros que conforman la codificación

Braille son de contornos redondeados, a fin de facilitar la percepción del usuario. El número arábico se imprime en alto relieve (ver Fig. 4).

Fig. 4. Vista de planta de ficha propuesta en el tercer diseño

(Autores).

D. Cuarto diseño

En este diseño, los cilindros significativos para el código Braille poseen relieve redondeado, mientras que los no representativos son círculos en bajo relieve (ver Fig.5).

Fig. 5. Vista de planta de ficha propuesta en el cuarto diseño

(Autores).

III. INGENIERÍA DE DETALLE EN LA FABRICACIÓN DE LAS

FICHAS

A. Tecnología empleada para construir las fichas

Debido a la disponibilidad de software y equipos en la Sección de Electrónica y Energía del Departamento de Ciencias de la Computación y Electrónica de la UTPL, se decidió imprimir las fichas en 3D, utilizando los recursos del software Solidworks [1], y, de la impresora 3D tipo Makerbot Replicator 2X [2].

B. Impresión del primer diseño

La geometría del primer diseño correspondió a la de una

ficha rectangular estándar de LEGO (ver Fig. 6 a la 8).

Fig. 6. Vista lateral derecha de una pieza LEGO 4 x 2 [3]

Fig. 7. Vista inferior de una pieza de LEGO 4 x 2 [3]

Fig. 8. Vista lateral izquierda de una pieza de LEGO 4 x 2 [3]

Para la codificación Braille se imprimió cilindros de 1.8

mm de altura y 4.7 mm de diámetro. En las posiciones no significativas para la codificación se imprimió cilindros de 0.5 mm de altura. Los números arábigos se imprimieron en 2 opciones: en bajo relieve con una profundidad de 0.5 mm, y, en alto relieve con un altura de 0.5mm (ver Fig.9 y 10).

Fig. 9. Vista de planta de una ficha a imprimir con los números

arábigos en bajo relieve en el primer diseño (Autores)

Fig. 10. Vista de planta de una ficha a imprimir con los números

arábigos en alto relieve en el primer diseño (Autores)

Las fichas se imprimieron utilizando filamento de Acrilonitrilo Butadieno Estireno o ABS, un termoplástico rígido, comúnmente muy utilizado en la impresión 3D [4], obteniendo los resultados mostrados en las Fig. 11 y 12.

Fig. 11. Vista de planta de una ficha impresa con los números arábigos en

bajo relieve en el primer diseño (Fotografías de autores)

Fig. 12. Vista de planta de una ficha impresa con los números arábigos en alto

relieve en el primer diseño (Fotografías de autores)

C. Impresión del segundo diseño

En este diseño se utilizó la geometría definida para el

primer diseño. Los cilindros no significativos para la codificación Braille

no se imprimieron. El número arábigo se imprimió en bajo relieve. La Fig. 13 muestra los resultados obtenidos.

Fig. 13. Vista de planta de una ficha impresa en el segundo diseño

(Fotografías de autores)

D. Impresión del tercer diseño

La geometría del tercer diseño correspondió a la mostrada

en la Tabla 2.

Los cilindros significativos para la codificación Braille se imprimieron con relieve redondeado. Los números arábigos se imprimieron en 2 opciones: en bajo, y, en alto relieve (ver Fig.14 y 15). La Fig. 16 muestra los resultados obtenidos.

Fig. 14. Vista de planta de una ficha a imprimir con los números

arábigos en bajo relieve en el segundo diseño (Autores)

Fig. 15. Vista de planta de una ficha a imprimir con los números

arábigos en alto relieve en el segundo diseño (Autores)

Fig. 16. Vista de planta de una ficha impresa en el tercer diseño (Fotografías de autores)

E. Impresión del cuarto diseño

En este diseño se utilizó la geometría definida para el primer diseño.

Los cilindros significativos para la codificación Braille se imprimieron con relieve redondeado, mientras que los cilindros no representativos se imprimieron como círculos en bajo relieve (ver Fig.17).

Fig. 16. Vista de planta de una ficha impresa en el cuarto diseño (Fotografía de autores)

IV. SELECCIÓN DE LA OPCIÓN ÓPTIMA

A. Metodología a emplear para la selección

Para seleccionar la opción óptima del diseño de las fichas

a utilizar en el panel, se decidió someter las impresiones al análisis del grupo beneficiario del proyecto.

Para este fin, se contó con el apoyo del personal docente y

discente del Instituto Especial Fiscal para Ciegos “Byron Eguiguren” de la ciudad de Loja, institución que ofrece un programa de educación inclusiva

Como grupo de prueba, se trabajó con los niños del cuarto

año de educación básica. Este grupo está conformado por 6 menores, de los cuales 3 tienen capacidad visual especial (ver Fig.17). A cada uno de los niños se le pidió manipular las diferentes fichas impresas, recogiendo sus impresiones (ver Fig.18). Adicionalmente, se solicitó una apreciación a tutora del grupo, una docente con 15 años de experiencia en el Instituto.

Fig. 17. Grupo de prueba para la selección de la opción óptima (Fotografía de

autores)

Fig. 18. Integrante del grupo de prueba manipulando una de las fichas

(Fotografía de autores)

B. Análisis de resultados

A pesar de no presentarse uniformidad de criterios, la

tendencia mostró que la ficha preferida entre los niños con capacidad visual especial, fue la de mayor tamaño, con los cilindros significativos para la codificación Braille con perfil redondeado, y, con el número arábigo impreso en alto relieve.

Para los niños restantes, la ficha preferida resultó ser la de

mayor tamaño, con los cilindros significativos para la codificación Braille sin perfil redondeado, y, con el número arábigo impreso en alto relieve.

Por su parte, la tutora del grupo manifestó su preferencia

por la ficha de mayor tamaño, con los cilindros significativos para la codificación Braille sin perfil redondeado. Respecto al número arábigo explicó su indiferencia respecto al tipo de impresión.

Como conclusión se pudo inferir que la opción óptima está representada en la ficha de mayor tamaño, con los cilindros significativos para la codificación Braille sin perfil redondeado, y, con el número arábigo impreso en alto relieve.

V. CONCLUSIONES

• Considerando el grado de desarrollo de la

capacidad táctil en el grupo beneficiario del proyecto, y, los requerimientos de estética planteados por el equipo de trabajo, se decidió plantear al menos 4 posibles diseños de fichas tipo LEGO a utilizar en el panel (operandos, operadores, y, referencias de posición), de entre las cuales se escogería la opción óptima.

• Considerando a la disponibilidad de software y equipos en la Sección de Electrónica y Energía del Departamento de Ciencias de la Computación y Electrónica de la UTPL, se decidió imprimir las fichas en 3D, utilizando los recursos del software Solidworks , y, de la impresora 3D tipo Makerbot Replicator 2X.

• La metodología planteada para la selección de la opción óptima mostró que la ficha preferida es la de mayor tamaño, con los cilindros significativos para la codificación Braille sin perfil redondeado, y, con el número arábigo impreso en alto relieve.

VI. REFERENCIAS

[1] Software de diseño CAD en 3D, SOLIDWORKS, sitio

web, [en línea], consultado 2014-03-11. URL: http://www.solidworks.com/

[2] MakerBot Replicator 2 Desktop 3D Printer, sitio web, [en línea], consultado 2014-04-23. URL: http://store.makerbot.com/replicator2x

[3] “Dimensiones de LEGO”, sitio web, [en línea], consultado 2014-03-15. URL: http://www.robertcailliau.eu/Lego/Dimensions/zMeasurements-en.xhtml

[4] “El material de impresión ABS y sus características”, artículo, [en línea], consultado 2014-08-25. URL: http://www.impresoras3d.com/el-material-de-impresion-abs-y-sus-caracteristicas/