Taller “Algoritmos genéticos en IA”

 

Este taller se llevó a cabo dentro del evento "Genes y algoritmos", celebrado durante la Semana de la Ciencia y la semana posterior.

En la primera edición participaron alumnos de 6º de Primaria del Colegio FEC Nuestra Señora de la Asunción y del C.E.I.P. Santa Engracia, junto con los estudiantes de 3ºA del IES San José. Todos los participantes se organizaron en tres grupos, y cada grupo desarrolló la actividad durante 20 minutos.

Este taller se desarrolló frente a un panel táctil situado en el escenario del salón de actos, y corrió a cargo del profesor D. Víctor Espejo. Se dividió en tres partes. 
En la primera parte se usó una aplicación para simular una población de conejos con con plantas para alimentarse y lobos depredadores. Se simuló la evolución de los conejos en muchos casos e, introduciendo mutaciones genéticas sobre el color del pelaje, los participantes pudieron comprobar, por ejemplo, que en entornos nevados sobrevivían sobre todo los conejos blancos y que esa mutación les era favorable en ese entorno. Los participantes interaccionaban con los parámetros del simulador y observaban las consecuencias de los cambios introducidos. De esta forma lúdica se les introdujo a los conceptos de mutación, generación y selección natural.
En una muy breve segunda parte los participantes jugaron una única partida al juego del Snake, programado por el profesor. Después se debatió brevemente sobre si los hijos del mejor jugador serían mejores jugadores, y lo mismo con los hijos del mejor de ellos, … y de la evolución generacional. También se abrió el debate de la inteligencia artificial que usan los enemigos en los juegos de ordenador y de cómo se podría enseñar a un ordenador a jugar al Snake o a otros juegos como el ajedrez.
La tercera parte consistió en usar un simulador de cómo se entrena a una inteligencia artificial para jugar al conocido videojuego Snake, usando un proceso análogo al de selección natural de Darwin. El ordenador juega 27 partidas automáticamente, selecciona los 4 mejores jugadores (los de más puntuación obtenida), los modifica ligeramente (mutación) y genera otra generación de otros 27 en base a ellos, para repetir el proceso indefinidamente. En una gráfica del simulador se observa cómo las puntuaciones mejoran generación tras generación y los efectos de modificar los hiperparámetros de la red neuronal. Por último, tratamos temas trasversales relacionados como la ventaja de ser persistentes, el tiempo que lleva aprender, quedarse con lo mejor de cada uno, la mejora continua, etc. 

 

En la repetición de este taller con los alumnos del CEIP Ntra. Sra. de Fátima, fueron los estudiantes de 3ºA de ESO quienes asumieron el papel de guías y asistentes de los alumnos invitados. En esta ocasión, ellos mismos ofrecieron las explicaciones dirigidas a los estudiantes de Primaria, tarea que en la sesión anterior había sido desempeñada por el profesor.

 

 

Taller “Química de la evolución”

Este taller tuvo lugar en el marco del evento "Genes y algoritmos" durante la Semana de la Ciencia y la semana siguiente. Se desarrolló en una zona habilitada del salón de actos, y fue diseñado, preparado y guiado por la profesora Dña. Soledad Gálvez. 

Consistió en la consulta de un libro pop-up que había elaborado ella en la que se explicaban de forma simple, original y atrayente las bases de la genética molecular:  ADN, bases nitrogenadas, tripletes, etc. Se les explicó la correspondencia de bases en el código genético humano y tuvieron que ir montando una molécula de ADN uniendo las bases adecuadas, que en el taller eran cuentas de colores que iban agregando a “limpiapipas” de colores que hacían las veces de “peldaños moleculares” de la molécula helicoidal de ADN. Aprendieron así necesaria la correspondencia entre bases e identificaron los errores en el montaje como posible causa de mutaciones que podrían dar nuevas características deseables o indeseables en su hábitat a los individuos así creados.

 

 

Durante el primer evento participaron alumnos de 6º de Primaria del Colegio FEC Nuestra Sra. de la Asunción y del C.E.I.P. Santa Engracia, así colo los alumnos de 3ºA del IES San José. Se hicieron tres grupos con todos los alumnos y cada uno de ellos realizó este taller durante 20 minutos.

En la repetición posterior de este taller con los estudiantes del CEIP Ntra. Sra. de Fátima, fueron los alumnos de 3ºA de ESO quienes se encargaron de explicar y ayudar a los alumnos invitados. No solo se habían ocupado de preparar los componentes necesarios para montar la estructura del ADN, sino que también elaboraron las explicaciones sobre la secuenciación genética y el código genético humano, al mismo tiempo que enseñaban a los alumnos de 6º de Primaria a establecer las correspondencias entre las bases nitrogenadas.

Taller “Adaptados al medio”

 Este taller tuvo lugar en el marco del evento "Genes y algoritmos". Se realizó en el aula de Educación Plástica, muy cercana al Salón de Actos. 

Las profesoras Dña. Silvia Castillo y Dña. María José Moreno se encargaron de diseñar, preparar, y guiar a los alumnos en esta actividad. 

Los participantes tuvieron ocasión de crear en cartulina seres vivos articulados hechos por piezas. Eligieron las piezas, las colorearon y le pusieron las articulaciones con pequeños encuadernadores donde consideraron necesario. Las piezas habían sido preparadas previamente por alumnos del 1º de diversificación y los propios alumnos de 3ºA.

De esta forma los alumnos asistentes y participantes de 6º de Educación Primaria de otros centros fabricaron animales imaginarios mezclando partes de animales reales. En todo momento se les explicó que en la naturaleza hay mutaciones genéticas que permiten pequeños cambios como estos, y que solo prosperan los cambios que son de utilidad en el hábitat en que se desenvuelven. Después, cada participante debía colocar su animal creado en uno de los hábitats que teníamos preparados, explicando el motivo de su elección en base a las partes que componían el animal. Así, eligieron el hábitat que consideraban razonadamente como el más adecuado para la supervivencia del animal. 

Esta actividad integra la adquisición de conocimientos de Biología, con el arte (la A de STEAM), en un taller creativo.

 

 En la réplica posterior que hubo de este taller con alumnos del CEIP Ntra. Sra. de Fátima fueron los alumnos de 3ºA de ESO los que explicaron y asistieron a los alumnos invitados. No solo habían preparado las piezas a ensamblar en clases previas con las profesoras de Educación Plástica, sino que prepararon las explicaciones relativas a las disciplinas científicas desarrolladas.

 

Genes y algoritmos

Esta actividad realizada en el I.E.S. San José de Badajoz ha consistido en celebrar dos efemérides de noviembre durante la Semana de la Ciencia: la publicación de "El origen de las especies" de Charles Darwin y el nacimiento de la informática pionera Grace Hooper. Se realizó una ponencia inicial y tres talleres que han culminado con la consigna de que la cooperación es un factor evolutivo que debemos preservar. La actividad se realizó inicialmente para la celebración de la Semana de la Ciencia, y tuvo una réplica posterior más adaptada dentro del marco del proyecto CITE STEAM.

La actividad se preparó previamente con varias reuniones de coordinación entre los cinco profesores implicados, para concretar el diseño de la actividad. El departamento de Orientación contactó con centros educativos cercanos que querían participar en la actividad. El día de la actividad los participantes fueron los alumnos de 3ºA de ESO del nuestro centro, el IES San José, más cinco alumnos del CEIP Santa Engracia, más unos 25 alumnos del colegio Ntra. Sra. de la Asunción, con sus correspondientes profesores. La actividad se estructuró en tres fases que se realizaron en 2 horas.

FASE 1. PONENCIA INICIAL

Los cinco profesores encargados de la actividad nos presentamos y comenzó la primera parte de la actividad, que consistió en una charla inicial dividida en tres partes. 

El primer bloque versó sobre Charles Darwin y su teoría de la selección natural. 

El segundo bloque sobre Grace Hopper y su gran contribución al desarrollo de la informática. 

En un breve tercer bloque se analizaron los vínculos entre la teoría de la evolución darwiniana y su empleo actual en la inteligencia artificial. 

Esta magistral ponencia estuvo a cargo del profesor de Historia D. Enrique González, que la hizo muy interactiva con el público asistente. Se realizó en el salón de actos del centro.

FASE 2. TALLERES

Los asistentes se dividieron en tres grupos y cada grupo se asignó a cada uno de los tres talleres STEAM que habíamos preparado al efecto a cargo de diferentes profesores:
- Un grupo asistió  al taller “Adaptados al medio”, 
- otro al taller “Química de la evolución” 
- y otro a “Algoritmos genéticos en IA”. 

Cada uno de los talleres duró unos 20 minutos, y los grupos fueron rotando hasta haber participado en los tres. Cada uno de estos talleres se detallan en artículos diferentes de este blog.

FASE 3. MANIFIESTO

Al terminar los talleres educativos, se congregaron los participantes de nuevo en el salón de actos para leer un manifiesto que, bajo el lema “la cooperación como factor evolutivo” invitaba a los participantes a suscribirse simbólicamente firmando en una cartulina.

Luego se procedió a la despedida de los participantes. Como no hubo tiempo para hacer las preguntas a los alumnos sobre los contenidos impartidos en los talleres, se hizo llegar posteriormente a los profesores de los alumnos participantes una propuesta de actividad en sus respectivas aulas para que la hiciesen si lo creían oportuno, con un certificado simbólico de participación para la clase.

Tangram

 

Los alumnos de CPMJ Marcelo Nessi han construido un tangram y hemos realizado varios pequeños retos para jugar con la geometría euclidea.

 

Estructuras superresistentes

Durante la segunda evaluación se trabajó el tema de estructuras. El primer proyecto fue la elaboración de un cubo que tenía que aguantar el máximo peso posible. De todos los proyectos hubo dos que aguantaron el peso de más de 100 libros sin que se deformara.

Posteriormente, se aprovechó para hacer un puente levadizo con un mecanismo manual  y por último, una grua. Ambas estructuras manuales, sin motor, donde se vio que con un sistema de poleas se realiza o levanta un peso elevado sin apenas esfuerzo,

Más fotos en ESTE ENLACE.

Investigación: agentes contaminantes

 

Alumnos del I.E.S. San José han realizado simulaciones de laboratorio que simulan experimentalmente el impactos de los agentes contaminantes en el Medio Ambiente y la Salud.

En un esfuerzo por comprender mejor los efectos de los agentes contaminantes en nuestro entorno, un grupo de estudiantes de 1º de Bachillerato y 4º de ESO, bajo la dirección del profesor Antonio José Acero Carretero, ha llevado a cabo una serie de simulaciones de laboratorio reveladoras. La actividad, que se desarrolló entre febrero y abril de 2024, involucró a  seis jóvenes científicos de 1º de Bachillerato en un viaje científico al estudio de los agentes contaminantes.

El proyecto se fundamentó en un marco teórico sólido, que exigía la comprensión de la combustión y sus efectos. La combustión, una reacción de oxidación que libera calor y luz, produce gases como el dióxido de carbono (CO2), monóxido de carbono (CO), dióxido de azufre (SO2) y óxidos de nitrógeno (NOx), entre otros. Estos gases son responsables de graves problemas ambientales como el calentamiento global, la lluvia ácida y el smog fotoquímico.

Actividades prácticas

 El principal objetivo de las actividades fue profundizar en la comprensión de la lluvia ácida y el smog fotoquímico. Para ello, se realizaron diversas simulaciones que permitieron observar la formación y los efectos de estos fenómenos. Además, los alumnos realizaron vídeos explicativos en cada práctica, y se redactó un documento que explica el detalle de todas las prácticas realizadas con sus correspondientes vídeos. 

El documento, titulado "Simulaciones en laboratorio de agentes contaminantes y sus efectos", se encuentra accesible en este enlace.

En el documento se detallan las actividades, y aquí se muestra un detalle de las mismas:

1. Explicación del smog fotoquímico: Los estudiantes de 1º de Bachillerato crearon un video donde explicaron cómo los óxidos de nitrógeno, dióxido de azufre, monóxido de carbono y otros compuestos reaccionan en presencia de luz solar para formar smog fotoquímico. El video también abordó los impactos en la salud, especialmente problemas respiratorios.
    Video explicación smog fotoquímico
   
   
   
2. Simulación de una "boina de polución": Mediante una sencilla simulación, los alumnos demostraron cómo una "boina" de smog puede persistir en las grandes urbes bajo condiciones de alta presión atmosférica, causando estancamiento del aire y mayor concentración de contaminantes.
   Video simulación smog fotoquímico 1
   Video simulación smog fotoquímico 2
   
   
   
3. Explicación y efectos de la lluvia ácida: En otro video, las estudiantes explicaron que la lluvia ácida se forma cuando los contaminantes atmosféricos se disuelven en el agua de lluvia, bajando su pH y causando daños significativos en los ecosistemas y la salud humana.
   Video explicación lluvia ácida
   
   
   
4. Acidificación del agua con CO2: Un experimento mostró cómo el CO2 exhalado puede acidificar el agua, ilustrando un proceso similar al que ocurre en el medio ambiente debido a la combustión de combustibles fósiles.
   Video acidificación del agua con CO2
   
   
   
5. Generación de NO2 y su efecto de bajada de pH: En condiciones controladas, los estudiantes generaron NO2 mediante la reacción de ácido nítrico con cobre. Este gas, al disolverse en agua, redujo drásticamente su pH, demostrando cómo contribuye a la lluvia ácida.
   Video formación de NO2 y comprobación pH
   
   
   
6. Generación de SO2 y su efecto de bajada de pH: Similarmente, se generó SO2, el principal responsable de la lluvia ácida. Este gas también se disolvió en agua, mostrando una significativa disminución del pH.
   Video explicación experimento SO2
   Video generación O2 y después  SO2
   Video generación SO2 
   Video pH disolución SO2  1ª parte
   Video pH disolución SO2  2ª parte
   
   
   
   
7. Efectos de los ácidos en materiales carbonatados y orgánicos: Los estudiantes observaron cómo los ácidos deterioran materiales como el mármol y las conchas, así como la materia orgánica. Este experimento subraya el impacto destructivo de la lluvia ácida en construcciones y la naturaleza.
   Video Efecto de los ácidos en el yeso (tiza)
   Video Acción de H2SO4 en materiales
   Video Resultado del H2SO4 en materiales
   Video Resultado del H2SO4 en materia orgánica
   
   
   
   
8. Producción de gases contaminantes en un motor de combustión: Finalmente, se realizó una demostración práctica de medición de gases de escape de un motor diésel. Esta actividad mostró cómo se mide la emisión de CO2, CO, NOx, SO2 y otros contaminantes, y explicó las regulaciones que controlan estas emisiones.
   Video preparación medida de gases del motor
   Video medida de gases del motor  
   
   
   

Relación con los ODS

Las diferentes actividades de simulación de agentes contaminantes realizadas por estudiantes de 1º de Bachillerato y 4º de ESO se asociaron a varios Objetivos de Desarrollo Sostenible (ODS) como aquí se decribe:

• ODS 3: Salud y Bienestar. Tratado en "Smog Fotoquímico": Explicaron cómo los contaminantes del aire afectan la salud humana.
• ODS 4: Educación de Calidad. Tratado en todas las actividades: Proporcionaron una educación práctica y de calidad sobre temas ambientales.
• ODS 6: Agua Limpia y Saneamiento. Tratado en "Acidificación del Agua": Demostraron cómo el CO2 y otros gases acidifican el agua, afectando su calidad.
• ODS 11: Ciudades y Comunidades Sostenibles. Tratado en "Boina de polución" y "Gases de motor": Explicaron el impacto del smog y los gases de escape en las ciudades.
• ODS 13: Acción por el Clima. Tratado en "Impacto del CO2" y "Smog Fotoquímico": Mostraron cómo los contaminantes contribuyen al cambio climático.
• ODS 14: Vida Submarina. Tratado en "Acidificación del Agua": Ilustraron los efectos de la acidificación en los ecosistemas acuáticos.
• ODS 15: Vida de Ecosistemas Terrestres. Tratado en "Efecto de los ácidos": Mostraron cómo los ácidos afectan materiales naturales y biológicos.

Estas actividades enseñaron sobre los efectos de la contaminación y subrayaron la importancia de alcanzar los ODS.

Este proyecto no solo permitió a los estudiantes comprender mejor los efectos de la contaminación, sino que también resaltó la importancia de la educación científica en la formación de ciudadanos conscientes y responsables. Las simulaciones de laboratorio ofrecieron una valiosa oportunidad para observar de primera mano cómo las actividades humanas afectan nuestro planeta y la salud pública.

A través de estas actividades, los jóvenes científicos demostraron que el conocimiento y la acción son claves para abordar los desafíos ambientales de nuestra época. Este tipo de iniciativas educativas son esenciales para inspirar a la próxima generación a cuidar y proteger nuestro entorno.

Diseño y construcción de norias automatizadas

 En el vibrante ambiente del Instituto de Secundaria San José de Badajoz, un grupo de ocho estudiantes de 4º de ESO ha dedicado el mes de marzo de 2024 a un proyecto técnicamente desafiante y altamente creativo. Divididos en cuatro parejas, estos alumnos se embarcaron en el diseño y construcción de norias automatizadas, empleando una variedad de componentes, incluidos engranajes reductores y sistemas de transmisión de movimiento mediante poleas y correas. Este proyecto no solo busca impartir habilidades avanzadas en automatización y mecánica, sino también subrayar la importancia de la reutilización y la sostenibilidad, alineándose con varios Objetivos de Desarrollo Sostenible (ODS).

Tecnología y sostenibilidad en el aula

El proyecto comenzó con una fase de investigación exhaustiva. Los estudiantes exploraron los componentes necesarios para construir una noria automatizada, comprendiendo el funcionamiento de engranajes reductores y sistemas de transmisión de movimiento mediante poleas y correas. También se centraron en reutilizar componentes y materiales disponibles, minimizando así el coste económico y el impacto ambiental. Esta fase inicial fomentó no solo el conocimiento técnico, sino también una mentalidad crítica hacia la sostenibilidad.

Diseño innovador y funcional

Armados con conocimientos recién adquiridos, los alumnos avanzaron a la fase de diseño, utilizando Tinkercad, una herramienta de diseño asistido por computadora (CAD). Tinkercad les permitió crear planos detallados y modelos tridimensionales de las norias, además de simular el montaje eléctrico, proporcionando una visión integral del funcionamiento de los sistemas automatizados antes de la construcción real.

Las etapas de diseño incluyeron:
- Conceptualización y Bocetos Desarrollo de ideas iniciales y diseño preliminar.
- Modelado 3D Creación de modelos precisos para visualizar el funcionamiento y la estructura.
- Optimización Refinamiento de los diseños para garantizar eficiencia y funcionalidad.

De la teoría a la práctica: montaje y programación

La fase de montaje transformó la teoría en práctica. Los estudiantes trabajaron en el taller del instituto, utilizando herramientas manuales y eléctricas como destornilladores, llaves, taladros y alicates para ensamblar los componentes según sus diseños. Además, se promovió la sostenibilidad al reutilizar motores y piezas de engranajes de proyectos anteriores.

El proceso de montaje incluyó:
- Construcción de la Estructura: Ensamblaje de las piezas principales de las norias, utilizando tornillería y escuadras para asegurar la estabilidad.
- Instalación del Sistema de Transmisión: Integración de engranajes reductores y sistemas de poleas y correas para el movimiento de las norias.
- Automatización: Montaje de la placa protoboard para las conexiones eléctricas, instalación de finales de carrera para detectar la posición de las norias, y conexión de una batería y un interruptor para el control de la alimentación. Todos estos elementos fueron cuidadosamente dispuestos y ajustados para garantizar un funcionamiento óptimo.

Impacto y reflexión

El resultado final fue la construcción de cuatro norias completamente funcionales y automatizadas, cada una reflejando el esfuerzo y la innovación de sus creadores. Este proyecto no solo permitió a los estudiantes aplicar conocimientos avanzados de mecánica y electrónica, sino que también subrayó la importancia de la sostenibilidad, alineándose con el ODS 12 (Producción y consumo responsables).

Además, el proyecto apoyó el ODS 4 (Educación de calidad) al proporcionar una experiencia educativa práctica e inclusiva, que fomentó el desarrollo de habilidades técnicas y blandas. La colaboración en parejas reforzó la capacidad de los estudiantes para trabajar en equipo, resolver problemas conjuntamente y comunicarse eficazmente.

Conclusión

El proyecto de diseño y construcción de norias automatizadas en el Instituto de Secundaria San José de Badajoz es un ejemplo sobresaliente de cómo la educación STEAM puede integrarse de manera efectiva en el currículo escolar. Al combinar la enseñanza de habilidades avanzadas en automatización con la promoción de valores sostenibles, los estudiantes no solo aprendieron a crear sistemas complejos, sino que también desarrollaron una conciencia crítica sobre su impacto en el mundo.

Los alumnos, pertrechados con destornilladores y sistemas de poleas y correas, no solo construyeron norias; construyeron una visión más consciente y comprometida con el medio ambiente. En cada ensamblaje y programación, en cada ajuste y optimización, se tejió una lección de vida, demostrando que la educación práctica y el compromiso con la sostenibilidad pueden ir de la mano para formar a los ciudadanos del mañana. Este proyecto no solo representa un logro técnico, sino también un paso hacia un futuro más sostenible y equitativo.

Prácticas con Lego Spike

Preparándonos para Roboreto, entre reto y reto, estuvimos haciendo prácticas de programación con Lego Spike Prime.

Hicieron la bicicleta donde debían calcular la potencia de la bicicleta para subir la rampa con diferentes niveles de inclinación.

También estuvieron programando los bailarines al ritmo de la música.

Evidencias en esta galería de imágenes y en esta otra.

1ºESO participa en la Robo-Reto 2024

 

Robo-Reto es la Liga Extremeña de Robótica, organizada por la Consejería de Educación, Ciencia y Formación Profesional de la Junta de Extremadura.
Una de las sesiones presenciales ha sido este año en I.F.E.B.A. en Badajoz y han asistido muy ilusionados los alumnos de 1°ESO del I.E.S. San José, culminando con esta jornada los desafíos planteados en clase y el proyecto puesto en marcha este curso en el instituto. En este vídeo se muestra nuestra participación:

Ha sido una experiencia muy enriquecedora y una oportunidad excelente para compartir experiencias y aprender los unos de los otros.

La robótica supone para los alumnos una fuente importante de disciplina, concentración y, sobre todo, de motivación. Además, con la implicación en esta actividad, se plantea la participación activa de estos alumnos en las Ciencias convirtiéndolas en disciplinas vivas y significativas.

¡Estamos deseando volver a participar el próximo curso!

Participamos en Roboreto 2024

Mira este vídeo ↑

Durante el segundo y tercer trimestre el grupo de ESO, alumnos de 2º, 3º y 4º del C.C.M.J. Marcelo Nessi ha participado en la VI Liga de robótica educativa RoboReto. Participaron en las modalidades de 3 D y RoboReto haciendo los diferentes retos que se proponían.
En 3D hicieron el cohete y el astronauta.
En RoboReto hicieron el recorrido del viaje a la Luna y el circuito de suelo.
Así mismo, participaron en las jornadas presenciales que se hicieron en el recinto Ferial IFEBA, donde desarrollaron los retos de suelo y participaron en actividades con gafas 3D y Lego Spike.

 Pulsa aquí para ver la galería de fotos y vídeos completa.