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Educación Tecnológica Teoría de sistemas y propuestas didácticas
Conceptos y propuestas didácticas para docentes y futuros docentes desde la Teoría General de Sistemas como herramienta para la comprensión del mundo tecnológico.
Marcelo Barón
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Índice Página
Apartado
Presentación PRIMERA PARTE Introducción Qué es el enfoque sistémico El porqué de un enfoque sistémico en la Educación Tecnológica Definiciones de “sistema” Sistemas abiertos y sistemas cerrados Los Sistemas Tecnológicos El aspecto estructural y el aspecto funcional de un sistema Materia, energía e información La materia La energía La información El abordaje sistémico en el aula ”Leyendo” artefactos y procesos Cibernética: Control y retroalimentación Haciendo comprensible lo complejo SEGUNDA PARTE Sistemas estructurales (estáticos) Componentes de una estructura Perfiles Proyectos de construcción: Puente con palillos Estructura a escala de hormigón armado Pista para caída de canicas Sistemas mecánicos Dispositivos que generan movimiento Dispositivos que transforman el movimiento Dispositivos que transmiten el movimiento Los efectos encadenados Sistemas eléctricos y electromecánicos Actuadores eléctricos Fuentes de alimentación Proyecto integrador: construcción de un fonógrafo Sistemas fluídicos (neumáticos e hidráulicos) Componentes de un sistema fluídico Proyectos de construcción Brazo robótico controlado por jeringas Sistemas automáticos controlados Diagramas de tiempo Proyecto de construcción: sistema de semáforos Diagramas de flujo Sistemas que convierten energía Transformando energía en el aula Proyectos de construcción: Calentadores solares Móvil a energía potencial Móvil a energía solar Turbina eólica A modo de conclusión Bibliografía
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Presentación Este trabajo tiene como objetivo central hacer llegar a los docentes y futuros docentes las nociones generales de la Teoría General de Sistemas (TGS) y del enfoque sistémico en particular para ser aplicado con los alumnos en la enseñanza de muchos de los contenidos inherentes a la educación tecnológica.
El enfoque sistémico se plantea como una herramienta de comprensión del mundo, centrándonos en este caso en el mundo de lo artificial, haciendo un recorrido que comienza en lo conceptual para ir avanzando con la aplicación de este enfoque en el aprendizaje de contenidos de tecnología, pero aplicables también a las demás áreas del ámbito escolar, ya sea la de naturales como la de sociales en la educación general básica (Primaria - EGB) y en las materias específicas en la escuela media.
El enfoque sistémico es un poderoso instrumento de estudio que tiene múltiples posibilidades de aplicación. Así, aplicado al funcionamiento de un sistema permite obtener importantes conclusiones, sin profundizar necesariamente en detalles técnicos que complicarían o dificultarían el estudio. Se priorizan en este caso los aspectos más globales que posibilitan sacar conclusiones no solamente desde el punto de vista técnico, sino también desde lo social, lo ecológico, etc. (Aquiles Gay, 1999) (1)
Como primera aproximación, el tema en cuestión, la Teoría General de Sistemas, es un contenido conceptual en sí mismo, estudiable como un recorte de objeto científico, -el de los sistemas y sus propiedades- pero que, aplicado a la lectura del mundo de lo artificial en particular, nos sirve como metodología didáctica al aplicarla en distintos temas y campos de enseñanza, como más adelante se profundiza, para facilitarnos su comprensión y permite además buscar criterios para efectuar comparaciones con otros sistemas.
En base a esta idea, la dinámica que se despliega en adelante en parte de este trabajo, es la de ir presentando en conjunto con los temas relacionados con la 1
Aquiles Gay, Temas para la Educación Tecnológica, pag. 70; Ediciones La Obra, Avellaneda, Prov. Bs. As., 1999
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TGS como eje, -y que se desarrollan a lo largo de este trabajo- propuestas didácticas para el aula para la transmisión de estos contenidos. La intención es ofrecer, desde una óptica constructivista y significativa de la educación, actividades creativas, participativas y de re-construcción de los conceptos por parte de los docentes o futuros docentes, para ser aplicados con los alumnos, teniendo en esta instancia a la TGS no como eje temático sino como herramienta transversal a los diversos contenidos curriculares donde la aplicación de una visión sistémica puede aportar claridad conceptual al tema estudiado.
Las actividades que en adelante se proponen, relacionadas con cada contenido de la TGS, irán recuadradas y aparecerán con el titulo de tema, el número de actividad y los destinatarios: docentes (incluidos los estudiantes de profesorado docente), alumnos de EGB, (primaria y secundaria), o ambos. Muchos de los ejercicios se presentan con la respectiva resolución y en varios hay una imagen escaneada de los trabajos originales de los alumnos.
Estas actividades, asociadas a cada tema y capítulo, son propuestas para reconstruir grupal y participativamente los contenidos enunciados, según la secuencia “vertical” de contenidos o temas de la TGS de este trabajo, especialmente para capacitación de docentes o futuros docentes, donde se trate si como contenido de formación la Teoría General de Sistemas.
O, posteriormente aplicada en la
educación de la tecnología con los alumnos, pero desde otros ejes temáticos “horizontales” con contenidos no asociados directamente con la TGS, pero donde su aplicación será de utilidad para la comprensión de los sistemas simples o complejos asociados a otros temas, de cualquiera de las áreas de estudio.
A modo de ejemplo:
Actividad Nº
Sistemas que transforman un tipo de Docentes – EGB 2 – energía en otro EGB - 3
Un primer acercamiento desde la óptica de la educación tecnológica de la transformación de los distintos tipos de energía es a través de una actividad como la de realizar un cuadro de dos entradas con todos los tipos de energía enumerados previamente, como se muestra a continuación, y donde se pueden poner en los cruces respectivos los artefactos, dispositivos, materiales o sistemas que transforman un tipo de energía en otro, en los dos sentidos.
Teniendo por ejemplo, como tema de estudio en el área de tecnología, en sociales, etc. la energía hidroeléctrica, sus aplicaciones, cómo se obtiene, y qué 5
elementos
intervienen
en
este
sistema
(represa,
turbina
generadora,
transformadores, red de distribución), se propone adoptar este modelo, el enfoque sistémico, como herramienta de comprensión didáctica y de simplificación de la complejidad, incluyéndolo en el tema estudiado de la forma que más adelante se detalla, pero que básicamente consiste en representar mediante bloques simbólicos, o bloques funcionales, las distintas partes del sistema técnico complejo (o no) que estamos estudiando, y la relación entre estos bloques a través de que tipos de flujos, tanto de energía, de materia o de información fluyen entre ellos.
Por lo tanto, a través de todo este recorrido conceptual acompañado por las actividades respectivas, se propone el enfoque sistémico aplicado como una metodología de abordaje para un mejor aprendizaje, desde una concepción epistemológica nueva.
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PRÓLOGO Ing. Jorge Petrosino Desde hace algunas décadas los sistemas educativos de diversos países se han planteado la necesidad de incorporar contenidos de Tecnología en su currículum. El modo elegido por cada país tiene sellos particulares y en ningún caso resultó algo sencillo de resolver. No ha sido posible alcanzar un consenso satisfactorio general sobre qué debe enseñarse y cómo hacerlo. Pero debemos tener en cuenta que son muchas las disciplinas escolares que tuvieron que afrontar un largo y conflictivo proceso de desarrollo hasta tomar la forma que tienen hoy en las escuelas. Más allá de que las preguntas sobre el qué enseñar y el cómo enseñarlo estén siempre presentes, son muchas las cosas que en las disciplinas escolares han quedado establecidas con un amplio consenso. Hubo un momento en que existiendo la Botánica, la Zoología y la Medicina, nada hacía pensar que pudiese haber algo común entre un helecho, un ciempiés y una persona. Mucho menos algo que mereciera la pena ser trabajado en la escuela bajo un mismo paraguas (el de la Biología). La noción de “ser vivo” que tenemos hoy no es tan antigua como muchos creen. La búsqueda de elementos comunes que fueran invariantes dentro del grupo completo de seres vivos o de subgrupos importantes (como la reproducción o la respiración) fue clave en la constitución de la Biología como un campo de estudio con derecho propio. Por ello resultará natural preguntarnos qué podría haber de común entre una cerradura, un teléfono celular y un proceso para cosechar maíz (entre infinidad de ejemplos que podrían tomarse de la Tecnología). La Educación Tecnológica no es aún una disciplina, aunque somos muchos los que consideramos que podría llegar a serlo en el futuro. Toda área de estudio escolar que se precie de tal necesita tener algo común que le de sentido, un núcleo central, un corazón. Este núcleo común es lo que permite diferenciar a un área de conocimiento de un simple “conjunto de sobras” que quizás pueda incluir saberes que se consideren necesarios pero sin ningún hilo común que justifique su trabajo en conjunto. Toda área que se precie de tal debe ser capaz de decir en pocas palabras qué es lo que hace que ciertas cosas merezcan ser estudiadas dentro y cuáles cosas quedan fuera (más allá de que todo recorte de la realidad es en cierta medida arbitrario y convencional). La definición de cualquier área deberá incluir un tipo de juicio categórico que permita distinguir a su objeto de estudio. Pues entonces, ¿cuál es el objeto de estudio de la Tecnología? La tecnología parece incluir a las máquinas, las herramientas, los saberes técnicos, un termo, una lámpara incandescente, las necesidades y deseos de grupos sociales, un ascensor, un disco de vinilo, una organización empresarial, una lapicera, un micrófono, una llave, el impacto ecológico de una fuente de transformación de energía, un ventilador, una plancha, una fábrica, un saber hacer que permite construir violines de calidad insuperable, un sistema de distribución eléctrica, un programa de exploración espacial, un satélite de comunicaciones, un método de extracción de agua en lugares desérticos, un plano de una máquina, un programa de computadoras, una red de pesca, una patente de invención, el sistema de patentes como un todo, el procesador de textos que estoy utilizando en este momento, más el conjunto de suaves teclas ubicadas en lugares convencionalmente seleccionados, un sistema de transporte de pasajeros, un mecanismo de transmisión de movimientos, un televisor, y una infinidad de otras cosas aparentemente imposibles de encajar en alguna clase de categorías englobadoras. Podríamos decir que la Tecnología parece ser una versión moderna del Cambalache de Discépolo. Incluye a la Biblia en CD-ROM, junto al calefón con control automático. No son pocos los que consideraron que la única respuesta razonable a la búsqueda de un elemento común a todos estos aspectos de la Tecnología es la de haber sido construidos intencionalmente por personas. Así, algo común enseñable en la escuela sería el trabajo mediante proyectos tecnológicos. Si los alumnos aprendieran a hacer proyectos, aprenderían 7
el núcleo central de toda la actividad tecnológica. Este es un camino posible, pero está lejos de ser el único, está lejos de ser el que afronta menos riesgos y está lejos de ser el más importante en cuanto a la definición del área escolar. Está claro, por dar un ejemplo, que la actividad científica principal es la de creación de conocimiento (caricaturizado muchas veces en un “método científico” de aplicación escolar), pero pocos sostendrían hoy que sólo eso debería enseñarse en la escuela bajo el supuesto de que es el núcleo común que pertenece a todas las ciencias. Existen varios autores que plantean que ese núcleo común de lo procedimental no termina de resolver la “falta de identidad” de la Tecnología como un área escolar. Es un aspecto interesante y de mucha importancia, pero no puede ser lo único común a considerar. El enfoque sistémico se presenta entonces como un tipo de mirada que pretende encontrar aspectos comunes entre las cosas que pertenecen al cambalache tecnológico. De ninguna manera estoy pretendiendo decir aquí que resuelve todo el problema, pero sí puedo decir que ha logrado un razonable consenso. Es importante aclarar que este enfoque tienen mala prensa entre especialistas de las ciencias sociales, que lo asocian con ciertas tendencias que proponían analizar los fenómenos sociales tal como si se tratase de procesos biológicos, físicos o tecnológicos. Lamentablemente la desaprobación del uso del enfoque en un determinado ámbito provocó cierto exagerado rechazo de parte de estos especialistas por el enfoque en sí. Es mi opinión personal que si se tomase al enfoque sistémico como método exclusivo de la Educación Tecnológica estaríamos cayendo en similares problemas a los que aparecen al tomar al proyecto tecnológico como metodología exclusiva. Si comenzamos a creer que “todo lo que hay que aprender en Tecnología” es a mirar a las cosas a través del enfoque sistémico y si pensamos que esto es algo fácil de lograr, estaremos a contramano de muchas investigaciones actuales que marcan la ardua tarea de intentar desarrollar aprendizajes independientes del dominio específico de conocimiento. Sin embargo su incorporación como un complemento a una diversidad de estrategias didácticas seguramente enriquecerá los trabajos con los alumnos. Decía unas líneas más arriba que el enfoque sistémico tiene consenso entre muchos especialistas, sin embargo no existe suficiente bibliografía adecuada a su tratamiento escolar. El presente libro es un muy buen trabajo que toma el guante de presentar las nociones básicas de este enfoque complementándolo a su vez con sugerencias de actividades trabajadas por Marcelo Barón con alumnos y docentes, e incluyendo además fotografías de trabajos de alumnos que imprimen a las propuestas una riqueza invalorable. Quedan muchas cosas por resolver. El enfoque sistémico puede ser tanto un contenido a enseñar como una estrategia didáctica, y el hecho de que se lo aborde de una u otra forma dependerá del nivel educativo en el que se lo considere. No faltarán unos pocos críticos que sostengan que falta esto o aquello, que el texto no analiza suficientemente la extensión del enfoque sistémico al uso de diagramas de estado (o incluso de diagramas de Petri) o la inclusión más sistemática de otros tipos de símbolos (como los de los diagramas de Forrester que incluyen fuentes y sumideros, que son los que aparecen con forma de “nube”), o quizás que no trabaja con suficientes ejemplos de procesos que no sean “procesos congelados en artefactos que los llevan a cabo”. Pero aconsejo desestimar estos comentarios, considero más importante que nos alegremos por el vaso “casi lleno”, en lugar de lamentarnos por el vaso “aún sin llenar completamente”. Todo libro implica una selección y toda selección implica un recorte que algunos festejan y otros objetan. Celebro entonces con mucho agrado la aparición en nuestro medio de una excelente oportunidad de incorporar nuevas prácticas a nuestras clases de Tecnología.
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Introducción Si pudiésemos parar el mundo, detener el tiempo, mirar a nuestro alrededor y reflexionar qué ha sido de la civilización humana desde que los primeros homínidos comenzaron a usar herramientas, podríamos llegar a suponer que estamos en otro planeta. Difícilmente pasen rápido por nuestra mente todas las etapas evolutivas que atravesó el hombre en cuanto a la transformación del medio circundante como para comprender como es que llegamos hasta aquí.
Quienes tenemos la suerte de haber podido recibir educación y tenemos oportunidad de reflexionar sobre la cultura en general y la sociedad tecnológico – científica en particular, nos planteamos cuál es el medio, el camino o la llave con la cual podamos transmitir a nuestros chicos desde muy jóvenes la relatividad cultural en la que estamos insertos. Es decir, para cualquier niño va a ser natural el mundo en que vive y raramente se cuestione o simplemente piense que todo puede o pudo haber sido distinto, o haber nacido en otra época o civilización cultural.
Como aquel que crece en un ambiente de pobreza y violencia, tiene como modelo de relación entre las personas estos mismos parámetros que los vivencia como normales. Si no se le presenta otro modelo válido de vinculación, supondrá, más bien de modo no conciente, que las cosas son así, natural e inevitablemente. También al que vive desde siempre en la mejor de las armonías y/o satisfecho en sus necesidades, no le puede caber vivir en otras condiciones.
Esta es la palabra. ¿”Inevitablemente” nuestra forma de vivir y de pensar tuvo que ser así? ¿El futuro de la sociedad tecnológica, inevitablemente será como la veamos pasar, de manera inmanente? Quien se habitúe en cuestionar la realidad, podrá suponer mundos alternativos hacia adelante y también preguntarse porqué fueron así los distintos escenarios que la humanidad construyó en la historia, para atrás. Transmitir a los chicos que las cosas pudieron haber sido y por lo tanto pueden ser distintas –para mejor- y podemos ser partícipes de ello, es una postura ideológica para la educación.
Las formas y los diseños de las cosas, ¿podrían tener formas totalmente distintas a las que conocemos? En el ámbito de los objetos de nuestro entorno damos por 9
hecho que deben ser funcionales a los fines a los cuales deben responder, a los componentes y materiales que lo constituyen y a las leyes físicas en las que se sustentan, pero no excluyen la posibilidad de un amplio rango variantes culturales y temporales (ejemplo, la moda). Por lo tanto es posible pensar, -creativamente, como actividad escolar, y se pueden elaborar actividades creativas con este fin en el ámbito escolar-, en elementos de la vida cotidiana
con otras formas, diseños,
texturas, etc.
Entendiendo este relativismo, es posible entonces pensar en “mundos” alternativos o distintos, en cuanto a cosas, formas, objetos, pero también en formas distintas de apropiación y distribución social de los bienes y servicios producto de la tecnología, en pos de un mundo mejor. (2)
Por lo tanto, cuanto más y mejor comprendamos nuestra cultura, con su tecnología
incluida,
mejores
herramientas
tendremos
para
ser
personas
transformadoras de la realidad. La reflexión sobre el mundo artificial y la comprensión de los mecanismos que lo sustentan, se nos presentan como un desafío cuando deseamos transmitir a nuestros educandos, buscando las estrategias didácticas más adecuadas, de “porqué las cosas son así”.
Con la incorporación curricular del área de “tecnología” en la educación general básica (EGB) de primero a noveno año, tanto como materia independiente o integrada como área a otras, y a través de los objetivos y contenidos propuestos en función de propiciar en los individuos la construcción de los conocimientos y de las competencias necesarias para comprender el mundo en el que viven y actuar sobre él, y en base a la filosofía expuesta por muchos educadores y pensadores en la materia, se evidencia la cristalización de conceptos renovadores (aunque en la teoría de la educación no son tan nuevos), que cimientan una forma de encarar la materia con perspectivas muy enriquecedoras.
Según los especialistas del área Aquiles Gay y Antonio Alvarez, “...la inclusión de la Educación Tecnológica en la escolaridad obligatoria, como una disciplina cultural y no de formación profesional, comienza a ser motivo de análisis en los países centrales después de la Segunda Guerra Mundial, como consecuencia de 2
Cabe aclarar que se entiende por un mundo mejor un lugar en el que la mayor cantidad posible de personas vivan más dignamente y mejor, con las menores desigualdades posibles y sin pobreza.
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cambios en la forma de vida, debido a la creciente presencia de la tecnología en el medio social, y al condicionamiento que ésta impone a la forma de pensar y de actuar de los seres humanos.
Vivimos en un mundo más artificial que natural, en un mundo tecnológico que es necesario conocer y entender para poder movernos en él con solvencia, y para colaborar en su mantenimiento y en sus transformaciones. La escuela, en su concepción tradicional, no preparaba para este mundo. La tecnología –lo hecho por el hombre– no estaba presente entre los contenidos escolares. Se estudiaban, y se siguen estudiando, las ciencias naturales, la geografía, la historia; pero, lo artificial, el mundo material construido, casi brillaba por su ausencia.” ( 3)
Al enfrentarnos al desafió de enseñar en el área de educación tecnológica, frente a chicos que no tuvieron un acercamiento previo a sus contenidos en forma sistemática, pero que sí convivieron y conviven con la explosión tecnológica de nuestros días, ¿qué puede aportar una materia (en muchos casos con pocas horas semanales), que brinde elementos reflexivos y teóricos (es decir no prácticos solamente), sin tener que entrar necesariamente en contenidos propios de escuelas técnicas en cuanto al detalle y principios físicos de funcionamiento de los artefactos?
Partiendo del hecho de considerar como un objetivo general y primordial de la educación la generación y formación de un espíritu critico en los educandos, se plantea la necesidad de abordar el estudio del mundo de las cosas artificiales (o la “artificialidad”) desde una perspectiva nueva, abarcadora, que pueda dar cuenta de su complejidad mediante herramientas de comprensión y de síntesis, que no sólo van a ayudar al entendimiento de la lógica propia y los mecanismos de funcionamiento y de producción de objetos, sino que además puedan servir como modelo de reflexión crítica hacia toda la realidad en general, incluida la social.
Si pretendemos que los actuales chicos sean futuros adultos comprometidos con el mundo que los rodea y sean además concientes y críticos participes del entorno social queremos también que lo sean su rol de productores y consumidores de bienes y servicios, además de comprenderlos y entenderlos.
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INET, Serie “Educación Tecnológica” pag.14, Aquiles Gay y Antonio Alvarez, Buenos Aires 2002.
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Pero no sólo ha sido necesario el cambio de orientación respecto de la educación de lo técnico por ser nuevos los objetivos enunciados. En este aspecto de la realidad, la educación tradicional no ha dado cuenta satisfactoriamente: la realidad del chico en la sociedad tecnológica ha estado (y aún está) desfasada de los contenidos que la educación brinda.
El cambio de paradigma en la educación ha cambiado de la acumulación compartimentada de contenidos a una visión integradora e interdisciplinaria. Respecto de lo técnico se enseñaban las técnicas y las leyes físicas y químicas que las sustentan, pero muy poco su historia, su impacto social o el medio cultural y las necesidades y demandas que las generaba o hacia posibles. En algún momento histórico de la educación, tanto general o técnica, esto bastaba. Era funcional al tipo de educando que se necesitaba (o quería) formar, y el ser "ya - educado" era funcional a la maquinaria social en la cual se iba a insertar.
Citando a un estudioso argentino del fenómeno de la artificialidad, Tomás Buch en su obra “Sistemas Tecnológicos” (1999) dice:
“...La tecnología es lo que nos hace diferentes. Por lo tanto, llama la atención que la reflexión filosófica acerca de la artificialidad sea relativamente escasa y que los filósofos se hayan dedicado a los aspectos más espirituales de lo humano casi con exclusividad; desdeñando casi por completo el análisis de las bases materiales de las sociedades humanas y un examen del carácter epistemológico de lo artificial... Se trata de que estamos ante el nacimiento de una nueva disciplina científica: ‘la ciencia de lo artificial’, una teoría general de lo tecnológico.” ( 4)
Volviendo a Aquiles Gay y Antonio Alvarez: “marginalmente, los contenidos tecnológicos tuvieron cierta presencia en las actividades manuales y, también, como ciencia aplicada de algunas cuestiones del campo de la física (por ejemplo: el timbre, en electromagnetismo); pero sin la finalidad específica de preparar al futuro ciudadano para manejar con solvencia los problemas que se pueden presentar en el mundo de hoy, problemas, en general, muy vinculados con la tecnología.”( 5)
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Tomás Buch; Sistemas Tecnológicos, Contribuciones a una Teoría General de la Artificialidad, pag. 13; Aique Grupo Editor, Buenos Aires, 1999. 5 Antonio Alvarez, Aquiles Gay; INET, Op. Cit. pag. 14
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El “Grupo Argentino de Educación Tecnológica (GAET)” declara en su página Web (6):
“La técnica es protagonista del mundo actual y conocer la creación técnica es una forma de conocer la realidad (...) Su modesto lugar en la educación se limitaba a proveer ejemplos de artefactos para facilitar la comprensión de las leyes de la naturaleza, a ilustrar algunos temas de las ciencias sociales y a condicionar los gestos prácticos de los chicos en las clases de manualidades...” (GAET, 1999).
O citando nuevamente a Buch:
“Esta ausencia de reflexión acerca de la artificialidad tuvo su paralelo en su ausencia de las aulas. En la Argentina, la escuela ignoró totalmente los aspectos más característicos de la cultura en que vivimos. En la escuela primaria y secundaria, la tecnología perfila su ingreso recién a partir de la reforma educativa en curso. También sorprende la ausencia de toda reflexión general sobre la artificialidad en los planes de estudio de ingeniería...” (Buch, 1999) (7)
Entonces, para una sociedad un tanto distinta, cambiante y globalizada (y que pretendemos que sea mejor si es posible), es otro el modelo de educación que necesitamos. Mediante una educación tecnológica con objetivos claros y nuevos podemos aportar algún grano de arena.
Cómo encarar el aprendizaje del mundo artificial, el mundo de los objetos y productos, concretos y abstractos, reales y virtuales con herramientas que sirvan para visualizar y recrear los contextos en los cuales se halla inserta y los hace posibles, y además la lógica que los sustenta. ¿Existen elementos comunes a todos ellos? Se pueden proponer varios.(8)
Entre otras tantos ejes organizadores hay algunos poco tenidos en cuenta en la enseñanza tradicional. Ser ha incorporado a través de los distintos documentos curriculares en la educación tecnológica una dimensión “metacognitiva”, es decir, un espacio reflexivo sobre la misma tecnología y la cultura tecnológica en su conjunto, 6
GAET, Grupo argentino de educación tecnológica. (http://www.cab.cnea.gov.ar/gaet/, Dic. 2002) Tomás Buch, Op cit. pag. 13 8 “...Lo concreto sólo puede analizarse correctamente a través de lo abstracto... el pensamiento abstracto no se opone a la cultura tecnológica como se lo acusa con frecuencia, por el contrario, es su máxima expresión: es lo que marca la diferencia entre conocimiento tecnológico y empirismo técnico...” (Averbuch, 1996). 7
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integrados a los contenidos técnicos específicos como por ejemplo estudiar los mecanismos por los cuales se producen objetos tecnológicos para que respondan a la necesidad de satisfacción de las necesidades de individuos, grupos o sociedades con determinadas características socioculturales y en determinados momentos socio-históricos.
Otra dimensión que engloba a todos los objetos tecnológicos y que se proponen aquí, tanto para los “tangibles” (artefactos, procesos, etc.), como los “no tangibles” (abstractos, simbólicos, etc.) es la de los "sistemas". La concepción, perspectiva o enfoque sistémico es una poderosa herramienta que ayuda en la comprensión "transversal" de la lógica subyacente a todos los productos tecnológicos, ya sean artefactos, redes de comunicación o modelos de organización. Desde un sacapuntas a un fax, desde un reloj despertador hasta una computadora o su software, desde la maquina de vapor a un reactor de fisión nuclear: Se puede aplicar a todos ellos un idioma común, la noción de sistema. (9)
Otra dimensión que engloba a todos los objetos tecnológicos, tanto los tangibles como los no tangibles es la de los “sistemas”. La concepción, perspectiva o enfoque sistémico es una poderosa herramienta que ayuda en la comprensión “transversal” de la lógica subyacente a todos los productos tecnológicos, ya sean artefactos, redes de comunicación o modelos de organización. Desde un sacapuntas a un fax, desde un reloj despertador hasta una computadora o su software, desde la maquina de vapor a un reactor de fisión nuclear: Se puede aplicar a todos ellos un idioma común, la noción de sistema.
En los contenidos referidos al área de tecnología, en los institutos de formación de maestros, figura el análisis sistémico como uno de sus capítulos. Me propongo con este trabajo poner al alcance de los docentes y futuros docentes del área y en general, una síntesis de los núcleos conceptuales referidos a este tema incluyendo propuestas didácticas de trabajo en aula para alumnos de Educación General Básica (EGB) del segundo y del tercer ciclo (de 4º a 9º año), y de profesorados de docentes del área tecnológica y de EGB en general.
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Las películas de ciencia ficción tratan no sin dificultad de intuir eso, es decir, alejarse de la cultura que nos cruza en el presente para imaginar mundos posibles muy distintos.
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Qué es el enfoque sistémico El enfoque sistémico resulta de la aplicación de los conceptos formulados por la “Teoría General de Sistemas” (TGS) (10) en la lectura y comprensión de los fenómenos tanto naturales como artificiales a los cuales les atribuimos la naturaleza de ser sistemas. En un sentido amplio, la Teoría General de Sistemas (TGS) se presenta como una forma sistemática y científica de aproximación y representación de la realidad y, al mismo tiempo, como una orientación hacia una práctica estimulante para formas de trabajo transdisciplinarias.
En tanto paradigma científico, la TGS se caracteriza por su perspectiva holística (11) e integradora, en donde lo importante son las relaciones y los conjuntos que a partir de ellas emergen. En tanto práctica, la TGS ofrece un ambiente adecuado para la interrelación y comunicación fecunda entre especialistas y especialidades. (12)
Presentada por el biólogo Ludwig Von Bertalanffy (1901-1972), quien acuñó esta denominación, la TGS agrupa a todos los conceptos que describen la estructura y el comportamiento de los sistemas con el propósito de resolver las dificultades que encontraban las ciencias biológicas para explicar los fenómenos biológicos mediante el método analítico – reduccionista, propio del mecanicismo.
Marcelo Arnold y Darío Rodríguez, dos estudiosos del tema en el ámbito de las ciencias sociales, en “Sociedad y Teoría de sistemas”, sintetizan así: en 1928 Bertalanffy entregó los principios de una biología organicista donde se pone en evidencia su desacuerdo con ese modelo en vigencia, que olvida las características distintivas del fenómeno biológico. Su interés consistía en desarrollar una forma de aproximación para poder hacer comprensible lo propio de los seres vivos. Muy pronto descubrió que los problemas que enfrentaba en el campo de la biología eran 10
“Una de las bases conceptuales de esta Ciencia de la Tecnología es la Teoría General de Sistemas (TGS), creada hace algunas décadas por un biólogo, Ludwig Von Bertalanffy, al reflexionar sobre las características más generales de los seres vivos... Por eso esta teoría es la columna vertebral de la alfabetización tecnológica, que es una condición imprescindible para aspirar a comprender la Tecnología.” (T. Buch, 1999). 11 Holismo: (filosofía) Tendencia de la naturaleza a formar totalidades/todos que son más que la suma de sus partes agrupadas en orden. (Holo: 1. prefijo= entero; todo. 2. Prefijo que entra a formar muchos vocablos con la significación de totalidad, Holocausto, holoédrico, holopétalo) // "La palabra holismo proviene del griego "holos", cuyo significado es totalidad, globalidad, calidad de entero, integridad ". Dr. Carlos Wernicke: "Abordaje holístico: qué es y qué no es...", en el filósofo callejero, Abril 1995; http://www.geocities.com/tomaustin_cl/soc/sistema.htm , nov. 2002 12 Página Univ. de Chile; http://rehue.csociales.uchile.cl/publicaciones/moebio/03/frprinci.htm; diciembre 2002.
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semejantes a los encontrados por otros científicos en distintas áreas del conocimiento. Para él, la TGS debería constituirse en un mecanismo de integración entre las ciencias naturales y sociales y ser al mismo tiempo un instrumento básico para la formación y preparación de científicos. (Arnold y Rodríguez, 1991) ( 13)
La TGS abarca nuestro mundo físico, biológico y social. En el Universo existen sistemas galácticos, geofísicos, moleculares, etc. En biología se habla del organismo como un sistema de partes interdependientes, cada una de las cuales incluye muchos subsistemas. Cada persona encuentra a diario fenómenos como el sistema de transporte, los sistemas de comunicaciones y los sistemas económicos, los sistemas técnicos artefactuales (“duros”) hasta los sistemas conceptuales y organizacionales (“blandos”). Todos somos parte socialmente de alguna, varias o muchas organizaciones o instituciones.
Muchos investigadores e intelectuales del área de las ciencias sociales buscan la aplicación de conceptos de la TGS en la búsqueda de patrones amplios que ayuden a comprender la complejidad de los sistemas sociales, nombrando a Edgar Morin o Niklas Luhmann, que incluso plantea una Teoría General de los Sistemas Sociales (TGSS), entre otros, no sin tener resistencias entre muchos pensadores que cuestionan el alcance de tales teorías hacia todos los fenómenos del campo de lo social.
Distinto es el caso de las organizaciones e instituciones, donde, al estar el sistema claramente delimitado, las nociones de la TGS son muy eficaces para su entendimiento y acción.
La TGS ha tenido variadas descripciones como: una teoría matemática convencional, un metalenguaje, un modo de pensar, una jerarquía de teorías de sistemas con generalidad creciente. Ludwig von Bertalanffy, no tenía intenciones de que fuera una teoría convencional específica. Empleó ese término en el sentido de dar un nombre abarcativo para la cuestión de los sistemas.
En el pasado, el conocimiento tradicional se ha desarrollado a lo largo de materias o temas bien definidos y bastante aislados. Bertalanffy sugiere que los 13
Marcelo Arnold y Darío Rodriguez, “Sociedad y Teoría de sistemas”, pag. 37, Editorial Universitaria, Santiago, Chile, 1991.
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diversos campos de la ciencia moderna han tenido una evolución continua hacia una confluencia de ideas. Este paralelismo entre áreas del saber representa una oportunidad única para formular y desarrollar principios que actúan como sistemas en general. "En la ciencia moderna, la interacción dinámica es el problema básico en todos los campos, y sus principios generales tendrán que ser formulados en la Teoría General de Sistemas." (14)
Los objetivos originales de la Teoría General de Sistemas, según Bertalanffy, son los siguientes:
Impulsar el desarrollo de una terminología general que permita describir las características, funciones y comportamientos sistémicos.
Desarrollar un conjunto de leyes aplicables a todos estos comportamientos y, por último:
Promover una formalización (matemática) de estas leyes.
Sobre estas bases se constituyó en 1954 la Society for General Systems Research (Sociedad para la Investigación de los Sistemas Generales), cuyos objetivos fueron los siguientes: Investigar el isomorfismo (15) de conceptos, leyes y modelos en varios campos y facilitar las transferencias entre aquellos. Promover y desarrollar modelos teóricos en campos que carecen de ellos. Reducir la duplicación de los esfuerzos teóricos desde distintas disciplinas. Promover la unidad de la ciencia a través de principios conceptuales y metodológicos unificadores, mejorando la comunicación entre especialistas. (16).
Bertalanffy estaba conciente de que el carácter radical de su perspectiva involucraba un cambio de paradigmas en la ciencia. Afirmaba que este cambio consistía en el paso del reduccionismo cartesiano a la comprensión holística de un todo que es más que la suma de sus partes aisladas. (17)
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Ludwig von Bertalanffy, “Teoría General de Sistemas”, Editorial Fondo Cultura Económica, México,1986 Isomorfismo: lo que es igual en su forma. 16 Arnold y Rodriguez, Op. Cit. pag. 37 citando a L. V. Bertallanfy, 1984. 17 Arnold y Rodriguez, Op. Cit. pag. 38. 15
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Como ha sido señalado en otros trabajos, la perspectiva de la TGS surge en respuesta al agotamiento e inaplicabilidad de los enfoques analítico - reduccionistas y sus principios mecánico-causales. Se desprende que el principio clave en que se basa la TGS es la noción de totalidad orgánica, mientras que el paradigma anterior estaba fundado en una imagen inorgánica del mundo, propia de la física mecanicista del siglo XVIII – XIX.
A poco andar, la TGS concitó un gran interés y pronto se desarrollaron bajo su alero diversas tendencias, entre las que destacan la cibernética (N. Wiener), la teoría de la información (C.Shannon y W. Weaver) y la dinámica de sistemas (J.Forrester).
“Mientras más equivalencias reconozcamos entre organismos, máquinas, hombres y formas de organización social, mayores serán las posibilidades para aplicar correctamente el enfoque de la TGS, pero mientras más experimentemos los atributos que caracterizan lo humano, lo social y lo cultural y sus correspondientes sistemas, quedarán en evidencia sus inadecuaciones y deficiencias.” ( 18)
Joel de Rosnay, filósofo y futurólogo francés, autor de variadas obras, en su libro “El Macroscopio” (1975), habla de “La educación sistémica” en general, para la enseñanza de las más variadas disciplinas, tanto del orden natural como del artificial, ya sean la economía, la ecología, la ciudad, la empresa, el organismo o la célula:
“Desde hace años se realizan esfuerzos en la enseñanza tradicional para aproximar las disciplinas y para aumentar la motivación y la participación de los estudiantes. No obstante, métodos y técnicas nuevas no ofrecen todavía un enfoque global que se apoye sobre el enfoque sistémico (...) La enseñanza tradicional se funda en parte sobre principios y métodos inspirados en los que se utilizan para aumentar la productividad en talleres o fábricas. La división del trabajo se sustituye por la división del saber. Es así como se ven aparecer los límites de la enseñanza tradicional, de su enfoque, de sus medios y de sus métodos.” ( 19)
18
De la página Web http://www.geocities.com/sanloz.geo/holones.html; diciembre 2002, Teoría General de Sistemas: Pensamiento Holónico (sistémico). 19 Joel de Rosnay, “El Macroscopio, hacia una visión global”, pag. 247; Editorial AC, Madrid, 1977.
18
Si se afirma la necesidad de un “enfoque sistémico” queda enmarcada la existencia de otro enfoque, obviamente no sistémico. Pero, ¿cuál es?. Estamos refiriéndonos al enfoque tradicional en la educación, el “analítico”, sustentado en la idea positivista y mecanicista de las ciencias, que necesitó en su momento histórico diseccionar la realidad para hacerla comprensible bajo el supuesto que, entendiendo la lógica de funcionamiento de cada una de las “partes” vamos a comprender el funcionamiento del “todo”.
Arnold y Rodríguez (1991), sintetizan muy claramente este proceso, con estos párrafos:
“De esta manera, los enfoques analítico reduccionistas y los principios mecanicistas causales pasaron a ser los constituyentes básicos del estilo científico que caracterizó esta actividad durante el siglo pasado y gran parte del actual (s. XX), cuyo tema fue la concentración en los elementos y el establecimiento de los principios únicos que subyacen a sus intervinculaciones (leyes). Relacionada directamente con las ciencias de la naturaleza, la máxima expresión de éstos postulados se encuentra en la mecánica clásica, donde además presentan un riguroso lenguaje matemático. En definitiva, este fue el modelo de ciencia sobre el cual se construyó el positivismo epistemológico y sus variantes, incluidas las ciencias sociales.
Pero éste método, consistente en resolver lo complejo para lograr comprenderlo desde sus partes, conduce a que también el mundo se divida en áreas de investigación claramente delimitadas. El ideal de conocimiento deja de ser universal y abarcador, pasando a ser cada vez más compartimentado y especializado.
Se crean numerosas disciplinas para las cuales deben definirse objetos de estudios específicos y delimitados. Se plantea que es posible entender el mundo y sus leyes, pero que para lograr un conocimiento en profundidad es indispensable parcializar su inmensa complejidad en sectores que admitan una especialización. Esta tendencia se hace extensiva al interior de las ciencias, dando origen a nuevas disciplinas. Con ello pareciera perderse de vista la relación entre estos compartimientos estancos del saber humano, ya que tanto el objeto de
19
conocimiento como la disciplina especializada en él se atomizan y desconectan del resto de los sectores de la realidad y de su conocimiento.” ( 20)
Aquiles Gay lo resume así:
“Para poder entender y explicar el funcionamiento de los sistemas... el hombre, durante siglos ha buscado reducir el todo a una serie de elementos separables más pequeños, es decir, descomponer ese todo en partes elementales para estudiarlas en condiciones ideales (sin entorno); es decir se ha centrado en el estudio de porciones reducidas de la realidad (con la correspondiente pérdida de visión del conjunto), pensando que una vez conocidas las características y el comportamiento de cada elemento, la recomposición del sistema –teniendo en cuenta las relaciones entre las partes- le posibilitaría llegar a conocer el comportamiento del todo, es decir la actividad global.” (21)
En el enfoque analítico, si bien es complementario del sistémico en la intención de abordar la realidad toda, se pierde la posibilidad de comprender el comportamiento de un elemento dentro del contexto en el que está inserto porque en el sistema completo hay
“conductas” de los elementos nuevas o distintas
respecto del estudio del sistema con sus componentes compartimentados.
“Los problemas que quedan sin respuesta son los de orden, la organización, la integración de las partes en el todo, la relaciones entre las partes y los resultados de sus interacciones.” (22)
“Un enfoque de la realidad tecnológica, basado exclusivamente en la descomposición y el estudio de sus partes (enfoque analítico), corre el riesgo de ser simplista y de dejar de lado aspectos que pueden resultar fundamentales a la hora de definirla, caracterizarla y entenderla en todas sus dimensiones.” ( 23)
Joel de Rosnay, en la obra citada hace una descripción –ligera- de los dos enfoques punto por punto: (24) 20
Arnold y Rodriguez, Op. Cit. pag. 20-21 Aquiles Gay, Op. Cit pag. 74 22 Arnold y Rodriguez, Op. Cit. pag. 22 23 Aquiles Gay y Antonio Alvarez; INET, Serie “Educación Tecnológica” pag.31, Buenos Aires 2002. 24 Joel de Rosnay, Op. Cit. pag. 24. Asimismo agrega: “Este cuadro, útil por su simplicidad, no representa de hecho sino una caricatura de la realidad (...) Sin ser exhaustivo, este cuadro tiene la ventaja de situar dos 21
20
Enfoque analítico
Enfoque sistémico
Considera la naturaleza de las interacciones
Relaciona: se concentra sobre las interacciones de los elementos. Considera los efectos de las interacciones
Se basa en la precisión de los detalles
Se basa en la percepción global
Modifica una variable a la vez. Independiente de la duración: los fenómenos considerados son reversibles
Modifica simultáneamente grupos de variables.
Aísla: se concentra sobre los elementos
La validación de los hechos se realiza por la prueba experimental en el marco de una teoría. Modelos precisos y detallados, aunque difícilmente utilizables en la acción (ejemplo: modelos econométricos). Enfoque eficaz cuando las interacciones son lineales y débiles. Conduce a una enseñanza por disciplinas (yuxta-disciplinaria) Conduce a una acción programada en sus detalles Conocimiento de los detalles, objetivos mal definidos
Integra la duración y la irreversibilidad La validación de los hechos se realiza por comparación del funcionamiento del modelo con la realidad. Modelos insuficientemente rigurosos para servir de base a los conocimientos, pero utilizables en la decisión y en la acción) Enfoque eficaz cuando las interacciones son no lineales y fuertes. Conduce a una enseñanza pluridisciplinaria Conduce a una acción por objetivos Conocimiento de los objetivos, detalles borrosos.
Se presenta la primera actividad de aplicación para el debate acerca de los dos enfoques, presentando sus ventajas y desventajas, teniendo por supuesto que el tema de estudio en este caso es el nuevo modelo o paradigma sistémico frente al tradicional, analítico:
Actividad Nº1
Enfoque sistémico vs. Enfoque analítico
Docentes – EGB 3
Después de la presentación de la existencia de los dos enfoques y de sus características principales, dividir al grupo de estudio en grupos de 2 a 5 personas. Preparar tantos juegos de tarjetas como subgrupos puedan conformarse, cada una con uno de los ítems descritos en la tabla del “enfoque sistémico vs. el enfoque analítico” de Joel de Rosnay. Objetivo: agrupar las tarjetas, sin conocer en principio a que enfoque pertenecen, según sean coherentes entre sí, para después evaluar en la puesta en común si se coincidió con la ordenación correcta.
enfoque complementarios, de los que el analítico ha sido favorecido de forma casi desproporcionada en toda nuestra enseñanza.”
21
El porqué de un enfoque sistémico en la Educación Tecnológica Si tuviésemos un encuentro cercano con un extraterrestre con el cual nos podemos comunicar, si nos pidiese que le describamos el mundo en el cual vivimos, nos veríamos ante la disyuntiva de comenzar a contarle sobre todas las cosas de diferentes maneras: podríamos enumerarle “los como, los porque, los cuales...” que conocemos, haciendo una asociación libre de ideas, en un plano horizontal, sin jerarquías ni categorías, al estilo de “la biblia y el calefón”, lo que seria un emprendimiento sin final, y a la vez muy poco útil.
Alternativamente, podríamos categorizar el mundo en conjuntos, subconjuntos, sub-subconjuntos, y así, jerárquicamente ordenados estimando que a las cosas, los hechos, los fenómenos, los conocimientos se los puede agrupar estableciendo, aunque sea subjetivamente, provisoriamente, aspectos comunes que los emparente o diferencie, lo que nos aportaría síntesis y coherencia a nuestra descripción. Entonces nuestra descripción del mundo no seria ya una bolsa infinita de hechos y cosas “juntadas”, sino una más bien finita, con bolsones, bolsas, bolsitas, etc.
La clave para hacernos comprensible el mundo, es la categorización. La única forma de abordar la complejidad de nuestra existencia es seccionarla según criterios, normas, regularidades, jerarquías y después establecer las relaciones entre esas “secciones”. Es lo que la filosofía aportó al mundo en la modernidad y que anteriormente definimos como “enfoque analítico”, (o viceversa). Descartes, en su “Discurso del Método” plantea que para entender algo “se lo debe descomponer en tantos elementos simples como sea posible”. Es lo que el enfoque analítico nos brinda para la comprensión del mundo. Si de ciencias se trata el objetivo es llegar a entender cómo se comporta la mínima expresión o unidad del objeto estudiado, aislado de su entorno.
Pero, como se ha expresado anteriormente, para la comprensión del mundo de la complejidad, ya sea biológico, ecológico, social o tecnológico, eso no nos alcanza. Aristóteles ya planteaba que “el conjunto es más que la suma de las partes”. La dimensión del conjunto se pierde, y no es el objetivo primordial en la educación tecnológica básica entender el comportamiento de las unidades, lo cual 22
será más o menos importante según el nivel educativo en el que trabajemos, y sin perder de vista que la enseñanza de la tecnología no se trata de la presentación de ejemplos de aplicación de fenómenos físico-químicos estudiados en las distintas ciencias.
Si aplicásemos el mismo criterio –tradicional- para enseñar tecnología como un área más, juntaríamos en una currícula una colección de temas y contenidos (“bolillas”), sin tener en cuenta ejes articuladores o siendo estos ejes muy acotados. Podríamos estudiar acerca del funcionamiento de una represa hidroeléctrica y más adelante artefactos del hogar, después sistemas de telecomunicaciones y por último medios de transporte. Pueden llegar a ser clases muy agradables, de descripción, inclusive de investigación histórica y técnica con todos los medios didácticos disponibles. Pero faltaría algo: las lógicas técnicas, culturales y evolutivas en común a todos esos temas que hicieron posible el desarrollo de la técnica, así como la comprensión real de los sistemas técnicos que los componen y el funcionamiento (a grandes rasgos) de los dispositivos intervinientes.
Pero, al hablar de educación tecnológica, desde una concepción nueva, abarcadora e integradora tenemos que buscar ejes articuladores amplios, que nos den modelos de comprensión tecnológica que sean aplicables y los identifiquemos en todos los ámbitos.
Si hablamos y pensamos en herramientas didácticas y pedagógicas que nos sirvan para hacer mínimamente comprensible el mundo de los artefactos de todo tipo, las máquinas, las herramientas y las organizaciones, y la articulación de éstos con la sociedad, a chicos desde edades tempranas; una de ellas es la de estudiar y entender que todos los dispositivos y/o artefactos existentes en nuestra cultura tecnológica tienen en común la propiedad de ser sistemas, es decir, conjuntos de componentes organizados en función de un fin, de cumplir con una función esperada y diseñados para ello.
En su obra “El Macroscopio, hacia una visión global”, Joel de Rosnay habla de una “nueva” herramienta para entender el mundo:
“ Necesitamos por lo tanto una nueva herramienta. Tan significativa como fueron el microscopio y el telescopio para el conocimiento científico del universo, 23
pero que, ahora, estaría destinada a todos aquellos que intentasen comprender y situar su acción (...) A esta herramienta la denomino macroscopio (macro, grande; skopeó, observar) (...) y no es una herramienta como las demás. Es un instrumento simbólico, hecho de un conjunto de métodos y de técnicas tomadas de muy diferentes disciplinas. (...) No sirve para ver más grande o más lejos, sino para observar lo que, a la vez es demasiado grande, demasiado lento y demasiado complejo a nuestros ojos...” 25
25
Joel de Rosnay, op. cit., pag 1
24
Definiciones de “sistema” Para empezar a recorrer la TGS corresponde comenzar definiendo los sistemas, o, con otras palabras, a qué recorte del mundo que nos rodea les damos la categoría de sistemas.
Si bien una definición es siempre insuficiente, nos ayuda a recortar, al menos provisoriamente, lo que es y lo que no es parte del universo que estamos definiendo. Si buscamos definiciones de “sistema”, estos serán más o menos generales, según el objetivo perseguido o el campo de estudio de interés.
Cualquiera sea la definición que se quiera adoptar, debe quedar claro que un sistema no es un objeto natural. No existen sistemas en la naturaleza: se trata de una representación, de una construcción deliberada de quien quiere estudiar las cualidades de una porción de la realidad, en la que el observador elige los límites, generalmente de manera no arbitraria para agrupar y visualizar interrelaciones de los elementos presentes. (26) La arbitrariedad en la delimitación de lo que forma parte del sistema (S) y lo que es el entorno (no S), corresponde a la intencionalidad o propósito de quien lo observa, estudia o crea.
Se pueden proponer distintas definiciones, según distintos autores. Según cita Joel de Rosnay como “la más completa” (27):
“Un sistema es un conjunto de elementos en interacción dinámica, organizados en función de un objetivo”. En una página Web (28) referida al la TGS encontramos:
“Se ha definido un sistema como un todo unitario organizado, compuesto por dos o más partes, componentes o subsistemas interdependientes y delineados por límites identificables de su suprasistema ambiente”. Según Tomás Buch (29): 26
Tomás Buch; Op. Cit. pag.123 Joel de Rosnay; Op. Cit. pag.80 de Hall & Fagen (1956). 28 Ideas, globalidad, interacción: una nueva economía. (http://members.tripod.com/AndreaBenki/enfoque_sistemico.htm ), Dic. 2002 27
25
“Es posible visualizar un sistema formado por elementos materiales como una máquina, y otros no materiales como ideas. Los elementos que componen un sistema pueden ser totalmente arbitrarios. Se puede tratar de un conjunto de máquinas, de un ser vivo, de una parte o de un conjunto de seres vivos, de un conjunto de partículas materiales, de conceptos, de partes de una máquina, de miembros de una sociedad, de entidades matemáticas o aún del universo entero... ”
Podemos pensar en actividades mediante las cuales los chicos puedan construir sus propias definiciones, previo a consultar otras ya elaboradas, después de haber enumerado distintos ejemplos de “sistemas” conocidos.
Actividad Nº2 .
Construcción de una definición de “sistema”
EGB 2 - EGB 3
Guía de preguntas para orientar una definición propia de “sistema” Trabajando por grupos, en base a ésta serie de preguntas, elaborar una definición de “sistema” 1) 2) 3) 4) 5) 6) 7) 8) 9) 10) 11)
¿ Un sistema está formado por un elemento, por algunos, por muchos elementos ? ¿ Si tiene elementos constitutivos, estos tienen algún tipo de unión, vinculo o comunicación ? ¿ Para qué sirven los sistemas ? ¿ tienen alguna función u objetivo ? ¿ El Sistema Solar, por ejemplo, tiene algún objetivo, para algo o alguien ? ¿ Los elementos de un sistema, tienen que estar en el mismo lugar y en el mismo tiempo, o no ? ¿ Si no tiene elementos, que tiene ? ¿ Los sistemas tienen leyes de funcionamiento ? ¿ Si tienen leyes, están escritas, o dónde están ? ¿ El cuerpo humano es un sistema ? ¿ La sociedad es un sistema? ¿ Un sistema puede estar conformado por seres vivientes y no vivientes al mismo tiempo ? ¿ Todo aparato, artefacto o dispositivo tecnológico es un sistema?
Luego cada grupo puede exponer su propia definición y él o la docente va armando en el pizarrón una lista los conceptos comunes y no comunes que van apareciendo, hasta conformar una definición en la que todos estén de acuerdo, por consenso por votación.
Ejemplos de definiciones construidas por los chicos en 7mo. grado ( 30):
“Un sistema es un conjunto de elementos relacionados para lograr un fin”. “Los sistemas están formados por distintas partes que están unidas y relacionadas entre sí”
29 30
Tomás Buch; Op. Cit. pag.124 Instituto Sarmiento, Villa Crespo, Cap. Fed., 1999.
26
Definición de sistema tecnológico (construida por los chicos por puesta en común): “Un sistema tecnológico es cualquier dispositivo que estando compuesto por distintas partes interrelacionadas, funcionando en conjunto, sirven para lograr un objetivo o una función, que en general hace más confortable la vida cotidiana”.
Respecto del objetivo o la función, está implícito que en todo sistema existe una intencionalidad, siempre y cuando hablemos de un sistema artificial. “Teleonomía” (31) es el término que describe la cualidad de un sistema de tender hacia un objetivo o una finalidad. Puede haber finalidad en la intención de creación de un sistema o en la existencia del mismo. A los sistemas naturales no les podemos adjudicar intencionalidad a no ser que se crea en la existencia de entes metafísicos –dios o dioses- (o civilizaciones superiores) que los hayan creado. Pero si nos es así, ¿existen por alguna finalidad los animales, las plantas o el sistema solar? ¿Tienen los seres vivos alguna finalidad para la cual viven? Son preguntas filosóficas y hasta metafísicas. T. Buch reflexiona al respecto:
“Esto constituye un problema filosófico arduo, afín a la pregunta acerca de la naturaleza de la conciencia y del pensamiento, y que recuerda las reflexiones de Turing acerca de si las computadoras piensan (...) Todo lo que sabemos acerca del funcionamiento del sistema nervioso hace pensar que es imposible que un animal tan pequeño como la hormiga pueda poseer una propiedad emergente como la conciencia, (...) tal vez sólo hay comportamientos automáticos muy complejos, programados genéticamente con un asombroso grado de eficiencia (...)” (32)
Se proponen a continuación varias actividades para elaborar y construir grupalmente todos estos conceptos:
Actividad Nº3
Definiciones de “Sistema”
Docentes – EGB 2 - EGB 3
Dando como consigna elaborar por grupos una definición de sistema, en todas aparecerán conceptos tales como: “distintas partes o elementos”; “relacionados”; “vinculados”; “con un objetivo o fin”. En una puesta en común, anotar de todas ellas en el pizarrón los elementos comunes y no comunes y rearmar una definición completa en la cual todos acuerden, para posteriormente compararla con alguna definición de diccionario o enciclopedia.
31 32
Palabra de raíz griega. “Telos”, finalidad y “nomos”, norma o ley. T. Buch. Op. cit. pag. 24.
27
Actividad Nº4
Propiedades de los sistemas
Docentes – EGB 2 - EGB 3
Puede haber lugar para el debate, por ejemplo “tirando” preguntas como: si son lo mismo los sistemas naturales que los artificiales, si los elementos componentes tienen que estar en un mismo tiempo y/o en un mismo lugar o no, si el sistema solar o una célula tiene un “objetivo o un fin”, si los sistemas tienen sólo elementos concretos o si también pueden ser abstractos, virtuales, etc.
Actividad Nº5
Propiedades de los sistemas
Docentes – EGB 2 - EGB 3
Dividido el grupo total en dos o tres subgrupos (aprox. 10 particip.), se da la consigna de “construir un sistema que funcione o una máquina”, (en un tiempo dado), donde cada chico cumpla una función y sea parte del mismo, para después representarla “funcionando” frente al resto. Se sobreentiende que el carácter de esta actividad es de expresión creativa, teatral. La “construcción” puede tener o no una finalidad, tener o no un producto.
Actividad Nº6
Clasificaciones posibles de los sistemas
Docentes – EGB 2 - EGB 3
Después del debate acerca de las propiedades de los sistemas, se pueden pedir ideas de cómo se podrían clasificarlos ampliamente, siendo algunos ejemplos que posiblemente propongan los chicos tales como: a) naturales o artificiales; b) de un sólo componente o de muchos; c) tangibles o no tangibles (materiales o abstractos); d) de escala microscópica, humana o cósmica; etc., dependiendo la variedad del grado de creatividad de los chicos, aclarando después que cada clasificación encierra desde ya una subjetividad (las clasificaciones no son naturales), y por ende una intención.
Actividad Nº7
Buscando ejemplos de sistemas
EGB 2 - EGB 3
Buscar entre todos ejemplos de distintos tipos de sistemas y luego proceder, a comparar, si responden a la definición acordada entre todos. ¿Qué pasa si alguno de los ejemplos no concuerda con la definición, la definición no es correcta o el ejemplo no es el correcto? ¿Qué hacemos entonces?, ¿modificamos la definición? ¿excluímos al ejemplo del mundo de los sistemas...?
28
Sistemas abiertos y sistemas cerrados
Se definen como sistemas abiertos aquellos que intercambian de alguna manera energía, materia y/o información con el entorno, y se podría decir que son todos los sistemas que conocemos.
Por el contrario son cerrados los que necesitan de una energía potencial de reserva, de tal manera que puedan mantenerse “vivos” por mucho tiempo sin recibir ni tener ningún intercambio con el entorno. En la práctica real no existen sistemas cerrados absolutos, ni ideales. Un sistema cerrado absoluto es sólo una abstracción, pero vale como referencia, ya que hay sistemas que son “bastante” cerrados, es decir casi absolutamente aislados del mundo exterior, aunque sea por un lapso de tiempo determinado.
En el caso de una cápsula espacial, aunque esta se alimenta de energía solar, recicla parte de sus desechos y además intercambia información y recibe insumos del exterior. El conocido experimento Earth II en Estados Unidos, un hábitat experimental artificial aislado del exterior, con personas animales, insectos y plantas, fue proyectado para vivir, reciclar los desechos y estar incomunicados. A pesar de no haber sido exitoso en un primer intento, seguía alimentándose del calor y de la luz del sol (externo al sistema). El único sistema totalmente cerrado es el universo en sí, por lo tanto según la ley de entropía o degradación de toda energía en calor, tarde o temprano terminará por volver al universo en un lugar absolutamente muerto y frío. (Si no es que, según otra teoría que parece perder terreno en base a los últimos descubrimientos, volvería a contraerse por acción de las fuerzas de gravedad en un punto singular, para volver a estallar en otro “bigbang”).
SISTEMA ABIERTO
SISTEMA CERRADO
29
Los Sistemas Tecnológicos Haciendo un recorte de objeto del mundo de los sistemas para abocarnos a los sistemas tecnológicos, definimos un sistema tecnológico, en función de tres rasgos (33):
Interrelación organizada
Dinámica
Sinergia
La cualidad de los sistemas tecnológicos de poseer una interrelación organizada de sus partes o, simplemente, de organización, constituye un punto central, porque esta pauta es la que representa a la lógica estructural a partir de la cual se desarrolla la solución al problema al que ese sistema intenta dar respuesta. En otras palabras, la organización funcional de los elementos es la que define la solución tecnológica al problema a resolver.
Los elementos sueltos no constituyen un sistema por sí mismos, ya que no existe relación alguna entre ellos. No están interrelacionados en función de una idea organizadora que permita inferir una respuesta a algún problema tecnológico determinado. Esto puede expresarse diciendo que la suma de las partes no es equivalente a un todo.
Una segunda característica importante de los sistemas tecnológicos es lo que se denomina su dinámica. Por lo general, los sistemas tecnológicos –máquinas, artefactos, procesos, servicios, etc.– realizan “algo”, no permanecen en statu quo, por lo que pueden ser caracterizados por una dinámica de cambio. Una excepción son las estructuras resistentes (estructuras mecánicas, arquitectónicas, de soporte o transporte, etc.), que son sistemas estáticos, ya que lo único que “procesan” son fuerzas.
La característica que nos ayuda a comprender un poco más el comportamiento de los sistemas, es la sinergia. (34). Para entender este concepto, debemos tener 33
Excelente caracterización de los sistemas tecnológicos de A.Alvarez y Aquiles Gay; INET, Op.Cit. pag. 14 Es una palabra que se toma de la biología y que expresa una potenciación mutua de la actividad biológica, química o farmacológica entre distintos componentes de un sistema o de una mezcla. La actividad del todo es, 34
30
en claro que el funcionamiento de un sistema no se puede predecir por el análisis separado de las partes, sino que se define por el grado de adecuación que existe entre ellas. Un ejemplo práctico surge de la gestión y productividad de los grupos de investigación y desarrollo de distintas industrias o proyectos.
Muchas veces, juntar en una tarea común a los mejores individuos de una determinada especialidad no da como resultado un trabajo eficiente; por lo que la tendencia que se está marcando en este sentido es la de convocar equipos ya conformados, en lugar de personas “sueltas”, a fin de que muchos aspectos conflictivos que surgen de la interacción no se conviertan en obstaculizadores del fin propuesto. En este sentido, existen cualidades de carácter adaptativo y actitudinal, que resultan tan importantes como las competencias profesionales de cada individuo que conforma el equipo.
Desde el punto de vista del enfoque sistémico, podríamos decir que así como la suma de partes no constituye el todo –porque estaría faltando la organización–, la suma de las acciones individuales de cada una de las partes tampoco determina la acción total del sistema, porque faltaría la interacción conjunta y cooperativa, la sinergia.
Joel de Rosnay, para su obra “El Macroscopio...” enuncia tres principios con el fin hacer un aporte para la comprensión del mundo y que podemos tener en cuenta totalmente en este campo de la educación tecnológica: “elevarse para ver mejor, unir para comprender mejor, y situar para actuar mejor.”( 35)
así, superior a la suma de las correspondientes a los componentes individuales. Es la acción conjunta o cooperación de dos o más órganos o formaciones anatómicas hacia un fin común. El incremento de la acción de diversas sustancias cuando actúan conjuntamente. Idem Op. Cit. INET pag. 35 Joel de Rosnay, Op. Cit. pag.3
31
El aspecto estructural y el aspecto funcional de un sistema Al analizar un sistema hay dos rasgos característicos que permiten describirlo para comenzar a interpretarlo ordenadamente y en definitiva entenderlo. Un aspecto está relacionado con la organización en el espacio, y es el que llamamos “estructural”. El otro aspecto, el “funcional”, lo observamos según la organización en el tiempo, es decir, el que describe los procesos que se dan en el transcurso del tiempo, independientemente de su estructura.
Estructura y función son conceptos que a menudo se interpretan como antitéticos. ¿Qué es más importante, la estructura o la función? ¿Es la estructura la que determina la función, o la función incide en la el diseño de la estructura? Para la TGS esta dicotomía es tan vieja como inútil, especialmente en las ciencias sociales. Estructura y función son dos enfoques complementarios de una misma realidad y ninguno por sí solo describe acabadamente el sistema. Sin estructura no habría función y viceversa. La diferencia reside en si se pone énfasis en la importancia de uno sobre otro. Cada elemento se halla ubicado en la estructura de acuerdo con la función que le compete y de la relación con los demás elementos. ( 36)
Para describir simbólicamente una unidad funcional, ya sea esta un sistema a estudiar o una parte de otro más amplio, utilizamos la simbología de la “caja negra” (37), que define a la vez una unidad estructural y funcional. Posteriormente nos va a permitir construir y/o comprender diferentes modelos abstractos de características didácticas fáciles de entender de sistemas sencillos o muy complejos. Todo dependerá de cual es el objetivo a alcanzar y la profundidad de comprensión deseada, y, obviamente acorde a la edad y al ciclo escolar educativo con el que se trabaje.
“La ‘caja negra’ es una metáfora de lo desconocido. No se sabe que ocurre dentro de una caja negra, pero sí qué entra en ella y qué sale. Es más: la caja negra 36
Ricardo A. Guibourg, Introducción al conocimiento científico, Módulo 5, pag. 36; Eudeba, Buenos Aires, 1986 37 El término “caja negra” proviene de la psicología conductista. Planteaba que la psicología debía estudiar la relación entre estímulos y respuestas del individuo a modo de causas y efectos, ya que la lógica de funcionamiento la mente es inabordable, además de no ser objeto de estudio ni relevante para el estudio de la conducta. La finalidad era no abordar el objeto desconocido, es decir la mente. Desde nuestro enfoque, la noción de caja negra es un concepto ordenador, para abordar lo desconocido en etapas sucesivas de estudio.
32
está definida por la relación entre lo que entra y lo que sale. Se la puede someter a pruebas, modificando la entrada para ver cómo se modifica la salida, y sacar de esto conclusiones acerca de lo que ocurre en su interior. También se puede diseñar un sistema para que ‘materialice’ la caja negra”.( 38)
En el aspecto estructural se pueden diferenciar elementos componentes de todo sistema: (39)
1) Un límite: que define las fronteras que separa al sistema de lo que no se considera como parte de ese sistema. A veces el límite es concreto, real, tangible; otras veces sólo abstracto o conceptual. Dentro de la primera clasificación puede ser la piel del cuerpo, la carcaza exterior de un automóvil o de un electrodoméstico, el edificio de una institución, o las paredes de un aula, etc. En el segundo, los bordes de una ruta en una red vial,
el exterior de las partes componentes de una computadora o un
sistema de audio o video, el límite o la ubicación geográfica de un grupo poblacional, o la pertenencia de un grupo de elementos.
2) Elementos o componentes: que pueden ser enumerados y agrupados por categorías, familias o poblaciones. Son por ejemplo las moléculas, las células, las personas, las instituciones, las máquinas, los caminos, el dinero, los componentes electrónicos, eléctricos o mecánicos, etc.
3)
Depósitos: en los que se almacenan los componentes o elementos, ya sean materia, energía o información. Son los tanques, reservorios, bancos, memorias de ordenador, bibliotecas, cintas magnéticas, filmes, etc. Son depósitos en cuanto no hay ningún tipo de transformación de los elementos, (en ese caso adquieren ya una categoría funcional, como ser por ejemplo un tonel de fermentación de frutas o cereales). Pueden haber transformaciones a muy largo plazo por acción del tiempo y de la naturaleza propia de los elementos, pero son en realidad efectos no deseados, como ser degradación de papeles o libros, desgaste de cintas magnéticas, oxidación de materiales, etc.
38 39
T. Buch, Op. cit., pag. 408 Clasificaciónes tomadas de Joel de Rosnay, Op. Cit. pag. 87
33
4)
Canales de flujo: que permiten el intercambio de materia, energía o información entre el sistema y su entorno, o entre los componentes o subsistemas del sistema. Pueden ser tuberías, cables, nervios, venas, pasillos, papeles, rutas, canales, gas, líquido, sólido o espacio vacío.
Actividad Nº8
Aspectos estructurales de los sistemas
EGB - Docentes
Juego tipo “tutti fruti” de competencia en grupos, con puntaje: Teniendo cada subgrupo una hoja dividida en 3 columnas, “Limites”, “Depósitos”, “Canales de flujo”, a la orden del coordinador y con una letra del abecedario elegida al azar, completar en cada columna un elemento perteneciente. Por ejemplo, con la letra “c”, tendremos: “carcaza” como límite, “condensador (eléctrico)” como depósito y “cable” como canal de flujo. Paso seguido se procede a comparar entre jugadores, poniendo 20 puntos a quien haya sido el único en completar una columna, 10 puntos si tiene elementos distintos pero igualmente válidos y 5 puntos para elementos repetidos entre grupos. Será ganador el grupo que mayor puntaje haya logrado al terminar el juego. Nota: no se agrega una columna de “elementos o componentes” porque pueden ser infinitos, y prácticamente cualquier elemento sería válido.
El aspecto funcional: los principales rasgos funcionales de todo sistema son los siguientes:
1)
Flujos: de materia, energía o información que circulan entre el sistema y su entorno o entre los componentes o subsistemas del sistema.
2)
Válvulas: controlan los caudales de los diferentes flujos. Reciben una información que se traduce o se transforma en una acción que puede ser la interrupción o el paso, parcial o total del elemento que fluye. Es una canilla, un interruptor, una válvula orgánica, un director, un coordinador, un catalizador, etc.
3)
Transformadores: Elemento en el cual ocurren el o los procesos de transformación de los insumos (materiales o energéticos) en otros productos y de un tipo de energía en otro, de materia en energía, de información en información, de alteración de las propiedades de sustancias por acción del tiempo, la presión, la temperatura, etc.. Pueden ser reactores químicos, mezcladores, máquinas, artefactos, dispositivos mecánicos, ópticos, circuitos y componentes eléctricos, electrónicos, electromecánicos,
34
electromagnéticos, instituciones, grupos de pertenencia, materiales con propiedades de transformar un tipo de energía en otro, etc.
4)
Retardos: de las diferentes velocidades de circulación. Pueden ser intencionales o ser característica de las diferentes propiedades de los materiales o medios que conforman los canales de flujo. Se puede dar el caso en que un retardo implique una transformación sólo por acción del tiempo (de un elemento químico, por ejemplo). En este caso de un canal de flujo con esta característica intencional, se la considerará un elemento de transformación, un transformador.
5)
Bucles de realimentación: desempeñan un papel determinante en el comportamiento de los sistemas con algún tipo de regulación o totalmente autorregulados.
Estructuralmente
son
canales
de
flujo
aunque
funcionalmente, por su disposición en el sistema generan acciones que limitan o amplifican los procesos, y por ello los consideramos un elemento funcional.
Hay sistemas donde la estructura es a su vez la función. Es el ejemplo de las estructuras propiamente dichas que sirven como función estructural de otros subsistemas, como la estructura resistente de una edificación, o el esqueleto de cualquier animal o ser humano. Es un sistema en si mismo porque cada componente o elemento tiene una función determinada. En un edificio, tanto las bases, las columnas, las vigas y las losas cumplen funciones diferenciadas y en el conjunto están relacionadas por leyes (de la física y de la estabilidad en este caso) y encajan con las distintas definiciones de sistema.
Este tipo de sistemas, “estáticos” se diferencian de los dinámicos porque no hay flujos ni transformaciones de materia, energía e información. Si hay transmisiones de energía y transformaciones en la forma, pero en una escala temporal muy amplia y no forman parte del diseño del sistema o el objetivo que debe cumplir, aunque se pueden prever.
Un sistema conceptual como el de clasificaciones o categorías es también un sistema –estático- porque también relaciona un conjunto de elementos. Se trata de un sistema con partes vinculadas por reglas establecidas (artificialmente por 35
nosotros), relativas a propiedades o atributos de los elementos (naturales o artificiales), en el ámbito del conocimiento. Un programa informático, con su cúmulo de instrucciones también es un sistema estático en la medida que está escrito o almacenado en un archivo en una memoria de computadora, y que al ejecutárselo controla un proceso dinámico (de procesamiento de la información), de otro subsistema.
Actividad Nº9
Elementos estructurales y funcionales de los sistemas
EGB3 - Docentes
Tomar un sistema que sea familiar, como un artefacto electrodoméstico o una institución como una escuela, por ejemplo y en una tabla completar todos los elementos estructurales y funcionales que se puedan identificar.
Elementos estructurales Límites
Componentes
Canales de flujo
Depósitos
Elementos funcionales Flujos
Válvulas
Transformadores
Retardos
Bucles de realimentación
El desarrollo de esta actividad puede darse con este ejemplo de un “secador de pelo”: Elementos estructurales Límites
Carcaza exterior
Componentes
Resistencia Cables Interruptor Motor Turbina Tornillos
Canales de flujo
Tubo Cables Rejilla
Depósitos
No tiene
Elementos funcionales Flujos
Aire frío Aire caliente
Válvulas
Transformadores
Interruptor Resistencia de Motor encendido y Turbina regulación
Retardos
No tiene
Bucles de realimentación Fusible térmico: (Sensor/ interruptor por temperatura)
En el caso de un sistema social, que podría ser una institución “escuela”, el cuadro nos daría las siguientes categorías:
36
Elementos estructurales Límites Paredes, techos, etc.
Componentes Aulas, oficinas, elementos didácticos, personal, docentes, alumnos, etc.
Canales de flujo
Depósitos
De Aulas, información: archivos. todos los soportes, además de la palabra oral. De personas: los canales adecuados de circulación.
Elementos funcionales Flujos
Válvulas
Información. “Decisores” Personas según cargo Materiales jerárquico ocupado en la organización. Promoción de año o grado, aprobación de materias, etc.
Transformadores
Retardos
El alumnado con sus docentes, en momento de aprendizaje; el grupo docente con sus coordinadores
Posiblemente inintencionales: Pérdidas de tiempo, repetición de contenidos, ineficiencias pedagógicas en general.
Bucles de realimentación Innumerables, ya que la cotidianeida d del quehacer educativo es modificada momento a momento según los acontecimientos
Es interesante observar como se han podido encuadrar dos sistemas totalmente disímiles en las mismas categorías presentadas, y que sin embargo tienen elementos que conceptualmente comparten una misma naturaleza “sistémica”, lo cual nos permite visualizar una dimensión más global del fenómeno estudiado.
37
Materia, energía e información Un día el Sr. Martín comenzó a tirar piedritas al toldo de su vecino, en cantidad. Otros vecinos que lo observaban a veces por la ventana no entendían su extraña actitud ¿Cuál es será su intención?, se preguntaban. Será que lo quiere molestar haciéndole ruido, supone uno; quizá su vecino necesite acumular peso para alguna cosa y el Sr. Martín colabora, piensa constructivamente otro; quizá hace algo útil con el polvo al triturarlas, intuye un tercero...
Si analizamos la función de las piedritas en cada caso, en a) el Sr. Martín le estaría transmitiendo al vecino una información; en el caso b) Martín le entregaría energía; y en el c) un material como insumo. Conclusión: Una simple piedra puede cumplir con las 3 funciones de acuerdo a cómo se la encuentre incluida en la estructura de un sistema o un proceso. (40)
Los sistemas, cuando son abiertos, tienen una relación necesaria con el entorno, sin el cual el sistema muere. Inclusive, si permanece inactivo, necesita por lo menos algún tipo de insumo (energía y/o materiales) para mantenerse servible o útil, porque de lo contrario, se degrada. Sólo con pensar en alguna máquina vieja, que aunque haya sido abandonada en perfecto estado, al cabo de un tiempo ya no funciona por la oxidación de los distintos metales, la falta de lubricación la acción de la dilatación y contracción por la temperatura, la degradación de otros materiales, etc.
Pero el sistema aún “vivo” (no viviente), al tener que cumplir la función para la cual fue diseñado, procesa los insumos de entrada para darnos los productos a sus salida, siendo para ambos casos, como ya se ha descrito, materia, energía e información.
En este capítulo se profundiza un poco acerca de estos tres conceptos fundamentales.
40
Adaptación de una idea original del Ing. Jorge Petrosino.
38
La materia Definiéndola como todo lo que ocupa espacio y posee masa, nos interesará clasificarlas de acuerdo a las propiedades que nos interesa estudiar respecto del objetivo
de
nuestra
clasificación.
Podemos
clasificarla
según
el
estado,
dependiendo de la temperatura (si es sólida, liquida o gaseosa), respecto del calor (aislante o transmisor), de la luz (transparente o semi, opaco), la conductividad o no de la corriente eléctrica, (propiedades eléctricas), maleabilidad, flexibilidad, dureza, resistencia, (propiedades mecánicas), composición, complejidad; si son orgánicos o inertes, (propiedades químicas), naturales, artificiales, etc., además de la relación entre sus propiedades y sus usos específicos. En los sistemas, la materia se presenta en forma de materiales que sirven como insumos o son productos de procesos de transformación.
La energía En la física clásica, la materia y la energía se consideraban dos conceptos diferentes que estaban detrás de todos los fenómenos físicos. Los físicos modernos, sin embargo, han demostrado que es posible transformar la materia en energía y viceversa, con lo que han acabado con la diferenciación clásica entre ambos conceptos.(41) Materia y energía constituyen un continuo que ha sido expresado en la famosa fórmula de Einstein E=mc 2 (la energía es igual a la masa multiplicada por el cuadrado de la velocidad de la luz). De modo que masa y energía son lo mismo; o, para decirlo con mayor rigor, la masa es uno de los estados posibles de energía. Este descubrimiento ha abierto el camino para la producción de la energía atómica, que consiste simplemente en transformar energía de un estado en otro. (42)
Siendo desde ya un concepto estudiado desde las ciencias naturales, siempre se necesita de algún tipo de energía para cualquier proceso de transformación esperado, cuando no un sistema que tiene por único fin transformar un tipo de energía para obtener otra (ejemplo: motor de nafta, turbina hidroeléctrica, panel solar fotovoltaico, etc.).
41 42
De la definición de “energía” de la Enciclopedia “Encarta 98” de Microsoft. Ricardo A. Guibourg; Op. Cit. pag. 30
39
Definiendo a la energía como “la capacidad de un sistema físico para realizar trabajo”, los tipos de energía que conocemos son: cinética, potencial, térmica, electromagnética, eléctrica, química, atómica (o nuclear). Todas las formas de energía pueden convertirse en otras mediante los procesos adecuados, y todas las formas de energía se degradan como última transformación en “calor”. Esta propiedad es llamada
“entropía” y es estudiada especialmente por la
termodinámica.
No hay producción de trabajo sin concentración previa de energía, presente en algún depósito de energía potencial (sol, gasolina en un coche, represa hidroeléctrica, acumulador o caldera de vapor). Esta energía corre de esta reserva hacia un sumidero donde se desordena y se dispersa (entropía). Las leyes de Carnot demuestran que esta pérdida de energía es necesaria para el funcionamiento de cualquier máquina. Cuanto mayor es la caída de potencial, mayor es la cantidad de trabajo producido. En una máquina térmica (máquina de vapor, caldera de calefacción), esta caída se realiza desde la caldera (fuente caliente) al condensador (fuente fría). Para liberar cualquier energía potencial se necesita paradójicamente una cantidad muy pequeña de energía: la energía del control de mando o información. (43)
A esta capacidad para liberar grandes cantidades de energía gracias a la propiedad de amplificación de la información se la llama habitualmente “poder”. El poder es, por consiguiente, el control de la potencia. (44)
Desde mi parecer cambiaría la definición por: El poder es, por consiguiente, la “potencialidad” de controlar la potencia. Un líder, tanto democrático como autoritario, al tomar decisiones, genera acciones de enorme despliegue de potencia y energía, independientemente de su corrección o de su degeneración.
J. De Rosnay agrega: “Pero el efecto de amplificación de la información modifica las relaciones de fuerzas. El poder de decisión, para aplicarse, exige un basculamiento (oscilación) del equilibrio de fuerzas. Es por esta razón simple por la que es preciso conseguir en toda asamblea, consejo o jurado una mayoría, aunque
43 44
Joel de Rosnay, Op. Cit. pag.125 Joel de Rosnay, Op. Cit. pag.126.
40
no sea más que de una persona. Es por lo que también, la toma de poder pasa muy a menudo por una toma del control de los medios que permiten liberar la potencia.45
No es el objetivo de este trabajo ahondar más en el tema de la energía. Para ello hay material especializado y expertos en el tema. Nuestro foco en la educación tecnológica será entonces reconocer los distintos tipos de energía utilizados en los diferentes sistemas, ya sea que los estudiemos específicamente (teléfono, automóvil, calefón, lamparita, estufa, velero, etc.), o que los mencionemos dentro de ejes temáticos (“medios de comunicación”, “medios de transporte”, “inventos del siglo XIX”, “artefactos domésticos”, etc). También se puede estudiar el papel de la energía en sistemas de gestión, organizaciones, instituciones o unidades de producción de bienes o de servicios. No es habitual tener presente qué tipos de energía fluyen y se controlan al estudiar estos sistemas “blandos” en las distintas disciplinas correspondientes. Un texto escrito que ha necesitado relativamente poca energía para ser escrito, puede generar enormes procesos de liberación... de energía, y con sólo pensar en los manifiestos o en la divulgación de “nuevas” ideas que generaron grandes revoluciones sociales en la historia, como ser entre tantas la revolución francesa de 1789 y sus réplicas, o la Rusa de 1917 y por qué no la de 1989.
Actividad Nº10
Clasificaciones posibles de materia y/o energía
Docentes – EGB 3
Tanto para la materia como para la energía es más adecuado desde una óptica significativa que los propios alumnos establezcan las posibles clasificaciones, recortando posibles ámbitos de uso. Por ejemplo, como parte de un tema más amplio se puede proponer: 1. Enumerar materiales, utilizados en la construcción, o en la cocina, o en artefactos eléctricos / electrónicos, o en el aula, o en un taller mecánico, etc. O más específicos como los utilizados para la fabricación de determinado producto. 2. Hacer una tabla con los materiales enumerados y columnas donde consten algunas de las distintas propiedades arriba mencionadas, marcando con una “X” los atributos que posee. También las propiedades (conocidas de los materiales) pueden ser enunciadas previamente por los mismos chicos partiendo del sentido común o de contenidos vistos anteriormente. También para la energía se les puede pedir a los chicos que enumeren los distintos tipos de energía que conocen. Generalmente se superpondrán con distintos nombre formas de energía de una misma naturaleza, como solar o calórica con térmica o electromagnética, siendo función del docente aclarar incluye a cual, o las diferencias entre ellas.
45
Joel de Rosnay, Op. Cit. pag.126
41
Un primer acercamiento desde la óptica de la educación tecnológica de la transformación de los distintos tipos de energía es a través de una actividad como la de realizar un cuadro de dos entradas con todos los tipos de energía enumerados previamente, como se muestra a continuación, y donde se pueden poner en los cruces respectivos los artefactos, dispositivos, materiales o sistemas que transforman un tipo de energía en otro, en los dos sentidos.
Actividad Nº11 Sistemas que transforman un tipo de Docentes – EGB 2 energía en otro - EGB 3 Confeccionar una tabla de doble entrada donde se enumeren todos los tipos de energía conocidos, tanto horizontal como verticalmente. Se establecen los horizontales como energía de entrada y los verticales como de salida. Buscar por cada combinación (intersección), qué aparato o dispositivo conocido, cuando lo hay, transforma uno en otro. Se puede elaborar grupalmente un cuadro gigante y en cada intersección ubicar, siempre y cuando exista, el dibujo o la foto del sistema indicado.
En el siguiente cuadro se muestra la tabla de la actividad y se dan como ejemplo se enumeran cinco de estos casos.
42
Cuadro Nº
1
Calórica
Hidráulica
Solar
Eólica
Nuclear
Magnética
Eléctrica
Electromagnética
Potencial (gravitatoria) Cinética
Química
Calórica
ENTRA
3
Química Potencial (gravitatoria)
4
SALE
Cinética Electromagnética
2
Eléctrica Magnética Nuclear
5
Eólica Solar Hidráulica
Ejemplos: Entra energía...
1. 2. 3. 4. 5.
Resistencia eléctrica Pila o batería Calentador solar (lámina negra) Molino de viento Ventilador
Sale energía...
43
Aquiles Gay propone un modelo didáctico para representar todas las transformaciones de energía entre sí, mediante la construcción de una doble pirámide triangular, cuyo desarrollo se muestra a continuación:
Actividad Nº12
Transformación y transmisión de la energía mecánica
Docentes – EGB 3
Elegir un dispositivo que transmite movimiento, otro que lo transforma y otro que lo genera. Hacer un diagrama de un bloque de cada uno, detallando qué entra, qué sale, y qué proceso de transformación ocurre. Luego unírlos en el orden que se quiera dándole algún sentido al sistema.
Dentro de un eje temático o proyecto tecnológico con el tema de los medios de transporte, es interesante construir grupalmente una tabla descriptiva de las distintas fuentes de energía que utilizan los más variados medios de transporte para su movimiento, ya sean terrestres, marítimos, aéreos o espaciales.
44
Actividad Nº13
Aplicaciones de la energía: los medios de transporte
EGB 2 – EGB 3
Divididos en 4 grupos diferentes, asignarle a cada grupo un tipo de medio de transporte como ser terrestres, marítimos, aéreos o espaciales. Deberán enumerar los transportes que conocen del tipo de medio en que se mueven y en una tabla especificar el tipo o los tipos de energía que usa para impulsarse.
Un ejemplo de esta tabla es el siguiente:
Terrestre
Camión
X
Autobús
X
Elevación y desplazamiento de bultos Tren de levitación de alta velocidad
X
X X X
Tren a vapor
X
Tren eléctrico Tren Diesel
Electro magnética
X
Calórica
X
Atómica
Automóvil
Transporte
Solar
Electrica
Medio en el que se mueven
Química
Fuente energía con el que se impulsan
X
Paso seguido se pueden detallar dentro de un mismo tipo de energía cuáles son los insumos que se utilizan como fuente de energía química, como ser las naftas, el gasoil (diesel), el gas (GNC), etc. y así sucesivamente para cada tipo de transporte y para medio.
45
La información En el estudio de un sistema, no sólo existe, como vimos, intercambio de materia y energía entre sus partes o con el entorno. También hay intercambio de información, que puede ser generada, procesada, transformada, transmitida o almacenada por distintas partes de un sistema. Por lo tanto consideramos a la información como un tercer “ente” o magnitud respecto de la materia o la energía.
Tener presente la naturaleza de la información, como fenómeno de la naturaleza, de la sociedad humana o del mundo artificial es parte imprescindible de una concepción crítica de los fenómenos que hacen a la lógica de nuestra realidad. El concepto de información es de por sí artificial, es una construcción conceptual, porque implica un proceso de abstracción, una simbolización de aspectos de la realidad mediante una particular forma de intercambio de energía y/o materia.
No quita que los sistemas naturales no tengan intercambio de materia o energía que desde nuestras categorías cumplen la función de transmisión de información, en cuanto codificación y decodificación de mensajes, pero dando por supuesto que no existen “conciencias” con la capacidad simbólica de codificar y decodificar. Los actos condicionados de ciertos animales superiores o la capacidad de entender ciertas órdenes como generadoras de ciertas acciones, no implican abstracción del mundo real. Pero no es un tema cerrado sino en debate, principalmente por la capacidad de los simios de simbolizar. Entonces ¿dónde establecer el límite entre las capacidades humanas que nos diferencian de las del mundo animal? ¿hace falta establecer un límite preciso? ¿no nos podemos conformar con una frontera de tipo gradual?
Pero volviendo a la información, se la puede analizar desde tres objetos de estudio distintos: a) desde su naturaleza física, es decir por medio de qué magnitudes físicas se manifiesta; b) desde su naturaleza matemática como “teoría de la información” a partir de los estudios de C. E. Shannon; o c) desde sus significaciones a partir de la semiología como ciencia social. Estas tres dimensiones de la información son totalmente prescindentes unas de otras. Desde la naturaleza física no importan en absoluto las cualidades o atributos del mensaje; desde el punto de vista de la teoría de la información no tiene ninguna importancia el medio de transmisión ni el mensaje, y para el estudio lingüístico, no tiene ninguna 46
incumbencia la naturaleza física o matemática. Pero desde una óptica crítica y sistémica, no podemos perder de vista la presencia de estas tres dimensiones en nuestro análisis del fenómeno de la información.
Desde el punto de vista de la física, a diferencia de la materia o la energía, la información no es un ente real sino que es una construcción abstracta, por medio de una decodificación que se manifiesta mediante una forma que adquiere la energía, la materia o ambas combinadas, moduladas (transformadas) según determinadas pautas, reglas, leyes, códigos, etc. Modulación significa una variación a lo largo de un período de tiempo de una cantidad. Ya sean voltios, bolitas, golpes, notas, etc. Las palabras emitidas por una persona son producto de la voz modulada (reformada) por las distintas formas que toma la boca y los músculos, labios y dientes asociados, que actúan como filtro de la voz generada por las cuerdas vocales produciendo las variaciones que hacen posible los distintos fonemas (46).
Las ondas de radio son variaciones de la energía electromagnética, modulada analógicamente por un sonido, por medio de un circuito adecuado. Las palabras o letras impresas son tinta “modulada” sobre un papel (soporte).
Sistema emisor Materia o energía portadora
Sistema modulador (BOCA)
(VOZ) Mensaje a modular
Mensaje Codificado o modulado (PALABRA O SONIDO EMITIDO)
(ORDEN MENTAL)
Una vez que esa información emitida –previamente codificada (modulada según un código)- entra a un dispositivo receptor, este actúa en función del efecto que esa variación de energía o materia produce en el artefacto que la recibe y procesa. Por ejemplo, al oprimir los suaves botones de un microondas, lo que para nosotros es una información a “dar”, para el sistema “microondas” son “unos” y 46
Fonema: es la unidad del habla para cada sonido propio de determinado idioma. Son todas las combinaciones silábicas posibles de determinada lengua.
47
“ceros” eléctricos que activan o no determinadas variables eléctricas que determinan más o menos minutos, más o menos potencia de radiación.
Muchos sistemas tienen por fin único el procesamiento de la información, (y el caso paradigmático es el del ordenador). Pero, sistemas de información pura en sí misma no existen, comenzando por que la información es materia y/o energía modulada y todo proceso necesita consumir energía, (que tiene que ser provista por algún medio, material o energético), para recibir, realizar trabajo (procesar) y devolver o almacenar la información
Desde la teoría de la comunicación, la información adquiere el carácter de tal si hay un emisor que la produjo por medio de una codificación y un receptor destinatario de la información, que a su vez la decodifica o la identifica como tal. Canal de flujo de EMISOR (codificador)
la información
RECEPTOR (decodificador)
Mensaje Retorno de la información (feedback)
El mensaje siempre tiene un emisor que lo genera y es enviado si éste emisor tiene (o supone que existe) un receptor que lo recibe. Desde el nivel semiótico, es decir del de los significados, el emisor y el receptor deben tener un mismo código, hablar un mismo idioma, para que el mensaje sea decodificado (entendido), es decir que sea eficaz, ya que no alcanza con que los mensajes sean de una misma naturaleza física. El mensaje siempre necesita un soporte que lo transporte (un medio que haya podido ser modulado, desde el punto de vista físico). (47)
La recepción del mensaje puede verse dificultada por el ruido (interferencias radiales o de otro tipo, mal funcionamiento del sistema receptor, propiedades no adecuadas del medio que las transporta que degradan la calidad del mensaje, incompatibilidades en los códigos, etc.)
47
R. A. Guibourg, op. cit., pag. 24.
48
En el ejercicio que sigue, observando los distintos ejemplos se pueden aclarar los conceptos descriptos.
Actividad Nº14
Componentes de la comunicación
Docentes – EGB 3
Configurar una tabla como la que se muestra en el cuadro de abajo tratando de diferenciar y completar los distintos componentes, emisor, codificador, decodificador, receptor, canal de flujo, elemento modulado, soporte del mensaje y tipos de ruidos de los ejemplos de comunicación que se presentan, tomando alguno como ejemplo, y agregando (individual o grupalmente otros ejemplos). Variante: Completados por el docente o por otro grupo de alumnos o docentes los distintos ítems, deducir de que ejemplo de comunicación se trata.
Ejemplo
Emisor
Quién codifica el mensaje
Quién decodifica el mensaje
Receptor
Tipo de ruidos que pueden interferir
Medio o canal de flujo de la información
Soporte del mensaje
Qué energía o materia se modula
El aire
La voz
Energía sonora (vibración del aire)
Otros sonidos
Energía electromagnética
Otras emisiones de la misma energía
Charla entre personas
Persona
Persona
Persona
Emisión de radio
Persona o grabación
Sistema emisor – antena emisora
Radio receptor
Persona
El espacio
Onda electromagnética portadora
Señal de tránsito
Cartel
Diseñador o dibujante
Persona o conductor
Persona o conductor
El espacio
Panel (chapa, pared, etc)
Tinturas de colores
Obstrucciones visuales
Persona
Sistema de impresión
Persona
Persona
Papel
Papel
Tintas
Mala calidad impresión
Señal eléctrica
Interferencia s eléctricas y/o mecánicas (cable cortado o mal contacto)
Noticia en el diario
Comunicación telefónica
Persona
Aparato telefónico
Aparato telefónico
Persona
Persona
Cable conductor
Señal eléctrica
Desde su naturaleza matemática, “la información había permanecido como una noción cualitativa y sin gran interés si no se hubiera sido capaz de medir con precisión la cantidad de información contenida en una mensaje circulante en una línea de transmisión. Esta medida, efectuada al final de los años 40, llevó a una verdadera revolución en las matemáticas, en la física y en la electrónica. Su impacto
49
fue particularmente marcado en el dominio de la cibernética, de la información y de las telecomunicaciones.” (48)
La teoría de la información marca ciertos conceptos determinantes:
Esta teoría, no trata sobre los contenidos, sobre su significado, veracidad u otras cualidades de la información contenida en los mensajes, sino sobre su forma.
La información que circula por una vía de transmisión se degrada de manera irreversible (análogamente a la energía). Es necesario aplicar energía para mantener la calidad de la información (sin ruido) ( 49).
Para transmitir información es necesario gastar energía. Esta energía se debilita y es preciso amplificarla
Se pueden intentar distintas clasificaciones de la información, como en el caso de la materia, según los propósitos perseguidos o el objeto de estudio. Pero dentro de los sistemas tecnológicos, una forma de categorizarlos puede ser según que la información pueda ser modulada en forma analógica o digital.
Información analógica e información digital Es pertinente hacer un lugar en éste trabajo a la noción de lo analógico y de lo digital por la relevancia que tienen en nuestra época –y en el léxico cotidiano- estos conceptos; que además son parte constituyente de los más variados sistemas tecnológicos, y no sólo informáticos. Se entiende por analógica la forma que adquiere una señal (50) que servirá de información si varía en forma análoga (proporcional) a la variación (o no) de una
48
Joel de Rosnay Op. Cit. pag. 157. Asimismo agrega “La medida de la información es el resultado de una convergencia muy notable de esfuerzos independientes emprendidos, hacia el final de los años 40, por ingenieros de telecomunicaciones y servomecanismos, matemáticos, teóricos de la mecánica estadística y físicos. La teoría de la información debía nacer de estos trabajos y culminar en el libro de Shannon y Weaver, The Mathematical Theory of Communication.” 49 Generalmente mediante estaciones repetidoras (renovadoras) de la señal. 50 Señal: variación de una magnitud física que se puede transmitir de un lugar a otro. Generalmente la señal es una variación de corriente o tensión eléctrica u onda electromagnética en un determinado período de tiempo.
50
magnitud física generada por algún tipo de transductor (51) ya sea de temperatura, sonido, humedad, presión, etc. En el termómetro clásico por ejemplo la variación de la longitud de la columna del líquido (mercurio, alcohol, etc.) es análoga a la variación de temperatura.
TEMPERATURA
VOLTS
TIEMPO
TIEMPO
En el primer gráfico se representa la variación de la temperatura en función del tiempo, graficado -por ejemplo- a partir de la lectura de un termómetro, marcando puntos que representan la temperatura registrada en cada unidad de tiempo (predeterminada)es decir, cada “cinco” minutos por ejemplo. El segundo representa la variación de la tensión obtenida a partir de un sensor de temperatura -con su circuito asociado de amplificación y lectura-. El segundo es análogo al primero, pero no son iguales porque se manifiestan con magnitudes de fenómenos físicos diferentes: variación de temperatura en el primero según la altura marcada por la columna del mercurio, y tensión eléctrica en el segundo. Para ser señales analógicas deberán seguir las mismas variaciones en forma proporcional a la temperatura que se desea medir. La variación de la temperatura puede tener infinitos estados intermedios entre dos puntos cualquiera, lo mismo la representación analógica en tensión eléctrica, o con cualquier otra magnitud.
A diferencia de la señal analógica, la digital es generada por un dispositivo (generalmente electrónico), que codifica previamente el valor cuantitativo de cada punto medido analógicamente (llamado muestra) de la curva, en un número que representa el valor respectivo, (comúnmente en un sistema numérico binario de “unos” y “ceros” o “si” o “no”), pero representados, no por un número simbólico sino por la presencia o no de carga eléctrica en las cifras (o cajas) llamados bits.
51
Dispositivo que convierte una magnitud física en la variación de una corriente –generalmente- eléctrica, o viceversa. Un micrófono convierte las vibraciones de un sonido en vibraciones (oscilaciones) de corriente eléctrica. Un altavoz cumple la función opuesta ya que convierte las variaciones de tensión en movimiento del cono del parlante en forma análoga a cómo fue grabado o generado por un sonido al ser grabado.
51
Una muestra...
VOLTS
...de valor numérico expresado en binario 10011101, es decir un “byte” de 8 bits
TIEMPO
BIT
1 0 0 1 1 1 0 1
El valor de un número binario en su equivalente decimal se establece mediante el valor que tiene cada “1” según su posición. El valor de las posiciones es el siguiente: 7
2= 128
0
2
6
2
5
2
4
2
3
2
2
2
1
2= 1
1 0 0 1 1 1 0 1 El número 10011101 vale la suma de los valores de los “unos” según su posición, (los ceros no tienen valor). En éste ejemplo el número binario vale “157” en decimal. Cada posición o casilla de cifra es un “bit” y el conjunto de 8 bits es un “byte”. El mayor número posible de ser representado con 8 bits es el “11111111”, o lo que vale en decimal 255.
Esta información (codificada en sistema numérico binario) acerca del valor de un punto determinado en una curva (en este ejemplo), se puede procesar, es decir sumar, restar, transmitir a otro lugar, etc.
La transmisión de esta “palabra” de 8 bits, (byte), se puede hacer con los 8 bits a la vez o de a uno en orden. Como son señales eléctricas, la transmisión se realiza a través de cables o conductores impresos en una plaqueta, y un cable por bit, porque si un “1” es por ejemplo 5 voltios de tensión eléctrica, y un “0”, 0 voltios, no puede haber en un mismo cable a la vez tensión eléctrica y nada a la vez.
52
Si se desplazan los 8 bits a la vez, decimos que se transmiten en “paralelo”. Por lo tanto necesitaríamos en este caso de 8 cables, uno por cada bit, y sólo una operación para la transmisión –simultánea- a la orden de “transmitir”.
1 0 0 1 1 1 0 1
8 cables en “paralelo”
1 0 0 1 1 1 0 1 Si se desplazan los 8 bits en “cola”, necesariamente pasarán “de a uno”, entonces decimos que la transmisión es en “serie”, secuencialmente. En lugar de 8 cables necesitamos sólo uno, pero el tiempo de transporte es 8 veces mayor, ya que se necesitan 8 operaciones en la que cada bit pasa “al otro lado” y se ubica en su lugar.
1 0 0 1 1 1 0 1
1 0 0 1 1 1 0 1
Un cable para la transmisión secuencial en serie
Si se quieren representar gráficamente las variaciones de corriente eléctrica por ese cable veríamos una combinación seriada de la presencia (o no) de tensión eléctrica, a lo largo de un lapso de tiempo, del mismo modo como se representaría el encendido o no de una lámpara. Esa información se transmite secuencialmente hacia otra parte del sistema, a un ritmo preestablecido de un tiempo por bit. En este ejemplo la información del byte pasa a almacenarse a otra memoria, en principio vacía.
un tiempo por bit
Tensión 5 voltios
1 0 0 1 1 1 0 1 0 voltios
Tiempo
53
La razón de ser de una señal en forma digital y binaria especialmente, parte de la necesidad de eliminar casi totalmente la presencia de ruidos e interferencias en la comunicación entre dos sistemas que deben intercambiar información sin distorsión alguna entre la señal enviada y la recibida. Por lo tanto las partes de un sistema digital binario sólo deben entender “unos” y “ceros” y cualquier otra cosa no es entendible y se rechaza. Y esto es condición inevitable para sistemas complejos que deben dar respuestas perfectas. De no ser así, en un sistema analógico se sumarían en cada etapa de procesamiento (o sub-bloque del sistema), errores que harían inservible el resultado final. Es prácticamente imposible que un “1” digital degenere en un “0”, porque es justamente el valor opuesto. Además los circuitos digitales corrigen permanentemente ceros o unos defectuosos.
Un ejemplo de esto lo podemos observar cuando grabamos un video de un casete a otro, donde en cada copia la imagen disminuye en su calidad, justamente porque la grabación es de tipo analógico. Distinto es el caso de la copia de un CD a otro ya sean de archivos, música o DVDs, donde la transmisión es totalmente digital, y el original y la copia son exactamente iguales.
Si se desea transmitir por un cable las variaciones de temperatura en algún sensor remoto hacia otro lugar de proceso o control, se tendrá una variación de voltajes que representen esas variaciones. Si la transmisión es de tipo digital, en lugar de tener una sucesión infinita de puntos que conforman la curva que representa –analógicamente- una variación continua de temperatura, serán transmitidos en forma digital como información, los valores de algunos de esos puntos, en forma binaria (según una convención, un código previo), que servirán para reconstruir luego la curva mostrada anteriormente.
Si con el termómetro sensor medimos por ejemplo 1) 27ºC; 2) 28ºC; ..... 5) 14ºC; etc., en el cable del sensor tendríamos tensiones eléctricas equivalentes o proporcionales (X2, X10 ó %10; etc). Pero en el caso de una señal digital tendríamos estos números representados en binario, del tipo 11011 (27); 11100 (28); 1110 (14); y aparecerán eléctricamente en el cable de la siguiente forma:
54
“27” Tensión 5 voltios
1
1
0
“28” 1
1 0
0 0
0
0
1
1
1 0 0
(espacio de tiempo) 0 voltios Tiempo
A esta serie de unos y ceros se la llama “tren de pulsos”. Un ejemplo tecnológico de señal digital que antecede a cualquier sistema moderno es la clave “Morse”, donde las letras y números están representadas por una combinación de puntos cortos y puntos largos, similar a los unos y ceros del ejemplo.
La ventaja del sistema digital binario reside no sólo en la inmunidad que tiene frente al ruido. Es más difícil que un “uno” pueda degenerarse en un “cero” –son muy distintos, casi opuestos- que un “13,8” analógico en un “13,6”, sino que permite traducir todas las variables del entorno físico a un mismo tipo de codificación, y por lo tanto a la posibilidad de ser procesadas juntas en un mismo sistema (informático), como el ordenador digital.
Finalmente el sistema generalmente tiene que reconvertir los resultados del procesamiento digital nuevamente a variaciones de índole analógica, porque el mundo de nuestros sentidos y de la física es analógico, si es que estamos en presencia de un sistema que debe interactuar con el entorno. Por lo tanto, los dispositivos (electrónicos) que transforman una señal analógica en una digital, se llaman conversores A/D, y D/A cuando la reconvierte de digital a analógica. Generalmente los conversores forman parte del mismo sistema o artefacto.
Tensión 20
27
28
13
Ejemplo de una señal reconstruida, reconvertida de digital a analógica, mediante escalones de diferentes alturas, por cada unidad de tiempo previamente determinada en la “muestra”.
10
0 voltios
Tiempo
55
En el siguiente ejercicio de evaluación de los conceptos vistos respecto de las distintas formas de codificación de la información, en 2do. año de escuela media, aplicando un enfoque sistémico, se pide identificar principalmente las dos formas de transmisión estudiadas, la analógica y la digital en un sistema de audio mediante sus respectivos diagramas en bloques.
Actividad Nº15
Información analógica y digital
Docentes – Media
Describir que entra y que sale de cada bloque que forma este sistema grabador de CD’s de audio: Si es materia (M); energía (E) y de qué tipo, eléctrica (e) o mecánica del aire (m); cuál es a la vez información analógica (IA) o información digital (ID). Controles (volumen)
Voz
micrófono
Voz
micrófono
mezclador analógico
fuente de alimenta cion
Sonido
parlante
conversor analógico - digital
220 volts alterna
Actividad Nº16
Amplificador
grabador digital de
CD grabado
CD
CD virgen
Información analógica y digital
Docentes – EGB 3
Dada una lista de códigos de comunicación, señalar en que casos corresponde a información codificada digitalmente, en que casos codificada analógicamente, y en cuales es dudoso. Debatir en una puesta en común cada caso y justificar la elección de clasificación. EJEMPLO
ANAL. DIGIT.
¿?
Código “Morse”. Señales de humo entre montañas. Canto apareamiento entre pájaros de alguna especie. Discurso político. Sonido de los dígitos del teclado telefónico.. Música “tecno”. Secuencia de luces del semáforo. Película de cine. Texto en Braille Sonido de transmisión de un fax. Secuencia de ADN de una célula
56
El abordaje sistémico en el aula En busca de claridad conceptual tratamos de delimitar el recorte de la educación tecnológica, diferenciándolo en primer lugar del de las ciencias, lo cual no es del todo fácil dada la imbricación de las ciencias y la tecnología en el mundo actual.
Si consideramos al enfoque sistémico como una herramienta adecuada y facilitadora para el abordaje tecnológico, nuestro interés apuntará entonces a poder reconocer y diferenciar, en una primera instancia junto con nuestros alumnos, qué es lo que el sistema en cuestión (un artefacto, una fábrica o una institución) nos da como producto (tanto los deseados como los no deseados).
En un segundo paso identificaremos qué insumos recibe en “la entrada” ese sistema, que después transformará en los productos esperados. Podemos representar gráficamente esta idea como un rectángulo con flechas que entran y flechas que salen.
Clarificada esta primera propiedad del sistema, es decir insumos en “la entrada” del sistema que se transforman y nos dan un producto a su salida, no siempre es necesario ni significativo conocer los procesos por los cuales pasan esos insumos para llegar al producto final. Es decir que, al no poder abordar la estructura interna del sistema por diferentes causas, o simplemente porque ése no es el objetivo, sí se puede establecer una relación entre entradas y salidas del sistema o, lo que es lo mismo, una relación entre las acciones que se ejercen sobre el sistema y sus respuestas, si es que el o los objetos estudiados son grupos humanos, organizaciones o instituciones. Hemos construido entonces un modelo abstracto que representa a la vez la estructura y la función del sistema, una "caja negra", como se presentó anteriormente, que puede coincidir o no con la estructura real del sistema al objeto de éste análisis. (52).
52
Cesar Linietzky, La educación tecnológica en la enseñanza media argentina. En la página web del GAET, (http://www.cab.cnea.gov.ar/gaet/)
57
También se pueden describir, si el nivel es el adecuado, los diferentes tipos de energía y materia que en los sistemas o artefactos de interés entran en juego, y sus posibles transformaciones.
En el ámbito de la producción, cuando se desea lograr un determinado producto por medio de un proceso, el diseñador del sistema, generalmente del ámbito de la ingeniería, genera –diseña- primeramente la estructura apropiada, desde afuera hacia adentro. Seguidamente se presentan los subsistemas funcionales internos mediante otras cajas negras, especificando solamente la función que éstas deberán cumplir y dejando para una etapa muy posterior del diseño la especificación de la manera en la cual esas funciones han de realizarse. (53)
En síntesis, en el ámbito del aula, en la educación tecnológica básica, generalmente el proceso es el de “lectura” del sistema ya constituido entendiendo en primer lugar cuál es el producto de un determinado proceso de transformación de un sistema dado y la lógica que subyace. En una segunda instancia se pueden describir los componentes o elementos dentro del sistema identificables o que tienen significación para los alumnos y deducir luego las funciones básicas necesarias para lograr ese producto y el comportamiento del sistema, es decir los estados por los que atraviesa a cada instante. Ello no quita la posibilidad de realizar ejercicios de diseño creativo mediante bloques funcionales dados, para lograr determinado producto en función de insumos también dados.
Como más arriba se enuncia, y a modo de síntesis, mediante el enfoque sistémico, podemos abordar, por empezar, a todo artefacto, artificio (54) u organización siempre como un sistema, entendiéndolos ante todo como un bloque conceptual o bloque funcional “caja negra” (porque nos permitimos no entender que pasa adentro), en el cual ocurren procesos de transformación, transporte y/o almacenamiento (55) de ciertas variables físicas, como materia, energía y/o
53
T. Buch, op. cit., pag 161 Según algunos autores, artefactos son las construcciones artificiales tangibles y artificios las no tangibles. 55 Realización de distintas operaciones a partir de los insumos básicos: materia, energía e información. Un proceso implica el desarrollo de una cierta lógica operativa, paralela y/o secuencial, que se irá resolviendo a partir de la acción de los elementos que constituyen el sistema, sobre los insumos que por él circulan. INET Op. Cit. pag. 33 54
58
información (56) en su entrada (input), y que nos dan un producto o resultado a su salida (output), también material y/o energético.
En la medida que profundicemos, podremos introducirnos en el estudio de los sub o sub-sub-bloques que lo componen, sus entradas, sus salidas, sus procesos y sus interacciones poniendo el límite de acuerdo al nivel cognitivo de los alumnos y a los propósitos respectivos.
El esquema general de todo sistema, representado por una “caja negra” tiene esta forma: ENTORNO DEL SISTEMA
SISTEMA
(ARTEFACTO U ORGANIZACIÓN)
Materia
Materia Energía
ENTRADAS
Información
PROCESO DE TRANSFORMACION
Energía
SALIDAS
Información
Por ejemplo, y hablando de artefactos de uso cotidiano, en una tostadora entra pan en rodajas (materia), energía eléctrica y fuerza de la mano para su accionamiento (energía mecánica), y sale al cabo de unos instantes, pan tostado caliente. El proceso fue el calentamiento. La misma forma de descripción la podemos hacer para el deposito del agua del inodoro con su sistema de descarga, para un sacapuntas, para un radio grabador, para una bicicleta o para la organización de una escuela, una fábrica o una institución política sin terminar de enumerarlos, ya que la noción de sistema, conceptualmente, es aplicable a casi todo, (siempre y cuando consensuemos en su definición, porque si “todo” son sistemas, no aportamos en claridad).
Cuando se desea expresar que algún insumo en la entrada de un sistema proviene de un sistema muchísimo más grande, como ser por ejemplo la energía eléctrica de la red nacional, o un producto a la salida va hacia un sistema del mismo tenor, como ser la salida de un MODEM de una computadora hacia lnternet, se puede utilizar el símbolo de una “nube”, porque estamos en presencia de un 56
Aunque la información es materia o energía, son moduladas de tal forma que puedan transportar un mensaje.
59
sistema que no tiene un lugar definido sino que está presente en todo lugar y tiempo. En el siguiente esquema se muestra un ejemplo:
Energía Eléctrica de red
Computadora personal
Internet
A continuación se presentan una serie ejemplos de actividades de aula como aplicación de los conceptos vistos hasta aquí aplicados en la lectura de sistemas del entorno tecnológico cotidiano. En la siguiente actividad se leen todas las entradas y salidas a tener en cuenta en un artefacto de mediana complejidad del tipo de un lavarropas automático con algunos programas de elección. Actividad Nº17
Abordando un artefacto como “caja negra”
Docentes – EGB 3
Esquematizar mediante un bloque funcional un electrodoméstico, (por ejemplo un lavarropas, un calefón u otro de similar complejidad), agregando las flechas correspondientes para cada uno de los insumos de entrada y los productos a su salida. Marcar con color verde la materia, rojo la energía y amarillo la información
ENTRADA S
SISTEMA
Ropa sucia
Ropa limpia
Jabón Agua Energía eléctrica
SALIDAS
Agua sucia con jabón
LAVARROPAS AUTOMÁTICO
Calor Ruido
Elección del programa
60
En la siguiente actividad, “El producto Tecnológico” realizado en clase con chicos de 4to. grado (57), se propone “mediante un torbellino de ideas, nombrar todos los insumos necesarios para “fabricar” -en este caso- un reloj despertador como ejemplo. Después se busco abstraer y generalizar cada elemento para que sea válido para cualquier otro producto.
Actividad Nº18
El producto tecnológico
Docentes – EGB 2 - EGB 3
Todo producto tecnológico es la culminación de un proceso requerido para su creación, que se supone es realizado por un sistema. Se propone buscar un artículo de uso cotidiano y analizarlo como el producto de la transformación de una serie de insumos necesarios (e imprescindibles): Graficar un diagrama de bloques donde aparezca: 1. Como salida el producto elegido. 2. Como bloque (caja negra), la “fabrica”, que lo produjo. 3. Por medio de un “torbellino de ideas”, el docente escribirá todas las “cosas” necesarias para producir el elemento, inclusive las necesarias (entradas), para que la fábrica (industrial, no artesanal), funcione.. 4. Agrupar las distintas ideas según el tipo de insumo de que se trate: materias primas, productos ya manufacturados, saberes técnicos, saberes de gestión, trabajo humano, energía, dinero. 5. Cuáles son los productos no deseados que se obtienen en éste ejemplo, tanto en forma de materia como de energía.
TODO PRODUCTO TECNOLÓGICO ES CONSECUENCIA DE... SABERES SOCIALES
ENERGÍA PERDIDA
TRABAJO HUMANO
PRODUCCIÓN MANUAL O INDUSTRIAL
SABERES TÉCNICOS MATERIAS PRIMAS
PRODUCTO TECNOLOGICO
RESIDUOS
ENERGÍA CAPITAL
57
Instituto “Sarmiento”, Villa Crespo, Cap. Fed., 1999.
61
Este último ejercicio, fue tomado como trabajo práctico referido a la introducción al enfoque sistémico en un profesorado para maestras de EGB o primaria (58), para el área de tecnología. Es un poco más complejo que lo que se puede exigir que resuelvan chicos de EGB2 o EGB3, pero sí es acorde al nivel de estudiantes de terciario. No se trata ya de un artefacto sino de un proceso temporal pero que adquiere las propiedades de sistema desde el momento que estamos en presencia de insumos, productos y procesos de transformación .
Actividad Nº19
Representando mediante bloques funcionales un proceso
Docentes – EGB 3
. Partiendo del siguiente dibujo que representa un conjunto de operaciones de un proceso, esquematizar en bloques funcionales con sus respectivas entradas, salidas, procesos de transformación, detallando donde entra o sale materia (M), energía (E), y/o información (I), y de que tipo cada una de ellas.
Una resolución satisfactoria de un ejercicio como este por parte de futuros docentes asegura un dominio del tema frente a los alumnos, con sistemas más sencillos. Se muestra en primer lugar la delimitación –estructural- del proceso como sistema “temporal”, en la medida que está formada por elementos independientes, luego se aprecia el buen trabajo de una alumna y luego otra presentación pasada en limpio:
SISTEMA CALENTADOR DE AGUA A GAS
AGUA FRIA Accionamiento manual de chispero Apertura de válvula de gas Apertura válvula garrafa 58
AGUA CALIENTE Calor Luz del fuego Ruido
College del Instituto “Marín”, San Isidro, Prov. de Buenos Aires, 2000.
62
VAPOR (M) + (E)
GARRAFA DE GAS
AGUA FRIA (M)
PAVA CON AGUA AGUA CALIENTE (M+E)
GAS (M) FUEGO (E) VALVULA Movimiento de la mano (E.Mec.) + (I)
VALVULA
GAS (M)
CHISPERO PIEZOELECTRICO
HORNALLA
GAS (M) COCINITA
DESCARGA ELECTRICA (E)
Movimiento de la mano (E.Mec.) + (I)
Movimiento de la mano (E.Mec.)
Otro tipo de actividad de aula, donde el concepto de sistema está muy presente, se ejemplifica en esta actividad:
Actividad Nº20 Construyendo un sistema real a partir de componentes sueltos
EGB 3
Usando distintos elementos componentes, ya sean artefactos, partes de ellos, o todo lo que sea útil en el aula taller, construir un sistema que tenga un fin utilitario y que funcione realmente, a partir de una fuente de energía cualquiera disponible, ya sea a pilas, transformador, caída de agua, viento, etc. Una vez determinado el proyecto a construir, con el correspondiente esquema dibujado, presentar un diagrama de bloques funcionales del objeto.
63
Se observa el diagrama de bloques realizado por chicos de séptimo grado ( 59) representando el modelo construido (fotografía), a partir de materiales de descarte como un secador de pelo en desuso, un bidón plástico, una base de madera con ruedas, un tul como filtro y una manguera corrugada de lavarropas.
Diagrama de bloques y fotografía del artefacto terminado de una “aspiradora con rueditas” (de alumnos de 6º grado).
59
Intituto Sarmiento, 2002
64
Como otro ejercicio de aplicación de conceptos relativos a los sistemas, se propone la siguiente actividad creativa, realizada en un profesorado de EGB (60):
Actividad Nº21
Inventando un sistema cualquiera
Docentes – EGB 2 - EGB 3
Uniendo cinco bloques en forma consecutiva, inventar libremente un sistema (artefacto o proceso), que tenga una finalidad lógica (no necesariamente real), donde, lo que sale de un bloque sea lo mismo que entra al siguiente, pudiendo agregar al sistema otras entradas intermedias u obviarlas.
Sistema muy creativo “inventado” por uno de los alumnos, donde entra una chispa y sale un sonido (61):
Si bien es cierto que las operaciones que tienen lugar en los sistemas tecnológicos son muchas, existe la posibilidad de realizar una síntesis que nos permita distinguir algunas que, por su condición de elementales y básicas, están presentes en todos los sistemas. Como en la definición anterior recuadrada se enumeran, estas operaciones son: 60
Idea original del Ing. Eduardo Averbuch Donde dice “célula fotoeléctrica debería decir “célula fotovoltaica”, ya que el primero es un dispositivo que actúa como interruptor accionado por la presencia (o no) de luz externa. La célula fotovoltaica es un dispositivo que transforma la luz en corriente eléctrica (contínua) directamente, y actúa además como una pila o batería de alimentación. 61
65
Transformación
Transporte
Almacenamiento
A los fines descriptivos, hablaremos de ellas como operaciones genéricas y no definiremos todas las variables posibles que existen para cada una, según sea el sistema considerado. Si integramos nuestra visión global de los insumos que procesan los sistemas tecnológicos y de las operaciones que realizan en ellos, podríamos llegar a construir una matriz como ésta. (62)
Transformación
Transporte
Almacenamiento
Materia
Operaciones físicas y químicas en el procesamiento de la materia
Energía
Operaciones de transformación y Operaciones de adecuación de energía a transporte y distribución los sistemas tecnológicos
Operaciones de almacenamiento y/o acumulación de energía
Operaciones de codificación, decodificación, clasificación, registro, cuantificación, composición, etc., de la información
Operaciones de almacenamiento de la información. (Bibliotecas, bases de datos, memorias, CDs, cintas magnéticas, internet, etc.).
Información
Operaciones de transporte y desplazamiento
Operaciones de transporte y distribución de la información. (Telecomunicaciones, redes, correo, teléfono, prensa, etc.).
Operaciones de aprovisionamiento, control de stock y almacenamiento
Las celdas de la primera columna señalan los insumos procesados, a través de la realización de las operaciones que se especifican en las celdas de la fila superior.
Esta matriz, al ser contextualizada en un cierto tiempo y lugar, al enmarcarse en una cultura tecnológica determinada, permite que las celdas internas se resuelvan de distinta manera, de acuerdo a la época, el lugar y el contexto sociohistórico – político del sistema considerado.
Mediante el siguiente ejercicio, una acción tan simple como el lavado automático de la ropa en nuestros días, podría tener el siguiente ordenamiento 62
T. Buch, op. cit., pag. 330 – 331, sobre un trabajo inédito de Jorge Petrosino y César Linietzky de 1997.
66
conceptual como aparece en el siguiente cuadro aplicando la matriz descripta anteriormente: (63)
Actividad Nº21
Transformación, transporte y almacenamiento de la energía, materia e información
Docentes – EGB 3
Aplicar la matriz que combina la energía, la información y la materia con las operaciones de transformación, almacenamiento y transporte a uno de los tantos objetos tecnológicos que buscan solucionar los problemas de la vida cotidiana. Detallar en cada una de las intersecciones de la tabla las acciones que corresponden a una máquina lavarropas:
Transformación
Transporte
Almacenamiento
Materia
Transporte de la ropa y de los insumos (agua , Enzimas y otros agentes jabón) hasta el químicos actúan en la lavarropa. limpieza de la ropa Desplazamiento de la misma como parte del proceso de lavado.
Energía
Transformación de energía eléctrica en mecánica y la bomba de carga y descarga del lavarropa, etc.
Externa: llegada de energía eléctrica. No tiene en este cado Interna: red de cableado sistema de para la alimentación de almacenamiento. los elementos del artefacto.
Información
Decodificación del programa del lavarropas, de acuerdo a la selección del operador.
Transmisión de datos desde el microprocesador o microchip hacia los sensores y actuadores del sistema.
Carga y descarga del lavarropa. Conservación de la ropa limpia
Programa previamente almacenado en memoria tipo ROM que ejecuta la secuencia del lavado
Otra función muy importante en todo tipo de sistemas, como ya se presentó anteriormente es la de la válvula. Como su es función la de limitar un flujo, y es distinta a la de transformación, transporte o almacenamiento, se la simboliza en forma diferenciada al del “bloque”. Por lo tanto la simbología es la siguiente:
63
INET, op. Cit. pag. 33
67
Válvula
Pulsador “normalmente cerrado”
Interruptor eléctrico
Pulsador “normalmente abierto”
Donde el primer símbolo representa una válvula en general, para cualquier tipo de flujo representado por las flecha de línea llena, y la entrada que controla el flujo, en el centro, se representa en general con línea punteada ya que implica la llegada de una orden, por lo tanto información. El segundo símbolo simboliza un interruptor, es decir un caso particular de válvula, ya que solo deja pasar o no, sin términos intermedios, y se aplica generalmente en circuitos eléctricos y/o electrónicos. Los otros dos símbolos corresponden a pulsadores, que son interruptores de efecto momentáneo (actúan mientras se los presiona), interrumpiendo el paso de la corriente en el de la izquierda (caso de la luz de la heladera al cerrarse la puerta), o conectando en el de la derecha (ejemplo del timbre).
Otro tipo de interruptor es el que conecta no un contacto sino dos o más a cada posición de la perilla (ejemplo: selector de la velocidad de un ventilador).
(Las flechas son en doble sentido porque “entregar” a cada una de las salidas, o elegir de una de las entradas.)
Interruptor selector
Los interruptores selectores los puede haber de muchos tipos con muchas combinaciones de contactos según la posición, pero generalmente son para 68
utilidades específicas y diseñados a medida. El siguiente es un ejemplo de un interruptor doble de dos contactos que invierte la polaridad eléctrica entre una posición y otra: Control de selección
+
1 A 2
+
3 B 4
-
En primera posición (contactos de 1 y 3), la salida “A” tiene el positivo y la “B” el negativo, y viceversa en la segunda posición (contactos 2 y 4)
-
69
”Leyendo” artefactos y procesos:
Desde artefactos muy complejos como un automóvil a muy simples como un sacapuntas, o sistemas de procesamiento como una planta industrial o una red informática, los podemos ver, desde afuera como un solo bloque funcional, una “caja negra” sin considerar en una primera instancia los sub-bloques que los componen. Para interpretarlos sistémicamente Vamos a recurrir, para empezar, a artefactos de baja complejidad, que conocemos.
Según los ejemplos de las figuras dibujamos en un bloque al artefacto en cuestión, luego qué elementos entran y cuáles salen como producto de una transformación diferenciando en todos ellos cuáles son materia (M), energía (E) y/o información (I).
Como en el mismo ejemplo del lavarropas citado previamente, un primer abordaje sistémico de este artefacto lo representaríamos mediante este simple esquema de entradas y salidas. Lo mismo para el primer ejemplo de la tostadora.
Pan fresco (M)
Pan tostado caliente (M + E)
Corriente eléctrica (E)
Regulación de tiempo (I)
Calor (E)
Cuando se desean diferenciar las flechas que representan a la materia, la energía o la información existe una convención para los mismos usando distintos tipos de líneas:
MATERIA (línea simple) ENERGÍA (doble línea) INFORMACIÓN (línea punteada) MATERIA CON ENERGÍA (línea gruesa)
70
Las flechas son un simbolismo a la vez funcional y estructural del sistema porque representan tanto los flujos, como el canal que les permite fluir, es decir, el aspecto dinámico del fluir y el aspecto estático del medio que le permite fluir en un sentido determinado, para no esparcirse por el entorno externo al sistema. Pero, en definitiva esta convención de distintos tipos de líneas tiene la finalidad de dar claridad conceptual a los esquemas, pudiéndose representar todas las flechas con un mismo trazo, siempre que se aclare (entre paréntesis) si se trata de M, E, ó I. El esquema simplificado de la tostadora quedaría finalmente con esta forma:
Pan fresco Corriente eléctrica
Pan tostado caliente
TOSTADORA
Regulación del tiempo
Calor (residual)
En todos los sistemas en los cuales ocurren procesos de transformación obtenemos tanto los productos que deseamos como otros –inevitablemente- “no deseados”, ya sean en forma de energía, calor o luz, etc. o de materia desperdiciada, (residuos, humo, etc.). En una lámpara eléctrica aprovechamos la luz pero desearíamos la menor emisión de calor posible. Es más; si el calor generado pudiese aprovecharse como energía en mayor emisión de luz, estaríamos hablando de una lámpara de mayor eficiencia, ya que una parte mayor de la energía eléctrica transformada sería luz y no calor. La eficiencia se puede calcular matemáticamente con las fórmulas adecuadas. El caso de una estufa eléctrica es parecido, ya que sí queremos más calor y no importa la emisión de luz, aunque ciertos colores del espectro lumínico generan calor al ser absorbidos y transformados en calor por otros materiales.
En el caso de una fábrica, parte de los insumos serán desperdicio inevitable, ya que hay subproductos materiales (sólidos, líquidos o gaseosos) o energéticos (producto de los distintos procesos), que no son aprovechables. Las opciones frente a la contaminación son el procesamiento de esos subproductos de tal manera que no incidan en el medio ambiente o transformarlos en materia prima para otros procesos de fabricación. 71
También es desperdicio el calor producido por las máquinas (también por el trabajo humano), al transformar la energía que las acciona en calor, cuando no necesariamente se utiliza el calor para alguna parte del proceso. El ruido también es energía desperdiciada, lo mismo que radiaciones de energía electromagnética en algunos casos, como soldaduras eléctricas, (en general mucho menos dañinas para el medio ambiente).
En casos de sistemas de gestión, ya sean organizaciones o instituciones, la principal transformación que en ellas ocurre es de información, y la materia y la energía pasan a un segundo plano, por lo que los desperdicios y la contaminación son menores, aunque, como se vio anteriormente, la información por ellas procesada o generada como producto es amplificada a escala social y tiene intervención directa en el tipo de polución que se pueda generar en ámbitos productivos de bienes o servicios.
Es el ejemplo de políticas de cuidado del medio ambiente, de leyes de regulación o de incentivo de procesos productivos, de extracción de materias primas y exploración, o de procesamiento de desperdicios contaminantes. (Aunque también la información generada por las instituciones, mediante decisiones erradas o intencionales, pueden transformar bienes productivos en chatarra, poblaciones de vida digna en menesterosos, o países enteros en depósitos de gente moribunda).
A continuación se abordan distintos ejemplos de artefactos simples, aplicando los conceptos presentados:
Actividad Nº22
“Leyendo” artefactos sistémicamente Docentes – EGB 2 – EGB 3
Elegir distintos artefactos de nuestro entorno de baja complejidad y representarlos como se indica: 1. Como caja negra, dónde nos interesan sólo sus entradas y sus salidas, y qué proceso de transformación primordial ocurre. 2. En un segundo paso tratar de deducir (según los conocimientos previos de los alumnos y con la ayuda del docente), qué dispositivos (subsistemas) producen la transformación necesaria de las variables de la entrada para obtener los resultados esperados en la salida. Ejemplos: Lámpara eléctrica, estufa a gas, ventilador, secador de pelo, batidora, etc.
72
Ejemplo 1: Lámpara eléctrica dicroica: a) Esquema “caja negra”
Corriente eléctrica (E)
LUZ
(E)
CALOR (E)
b) Diagrama de bloques
LAMPARA ELECTRICA DICROICA
CORRIENTE ELECTRICA (E)
ESPEJO DICROICO FILAMENTO en gas halógeno
LUZ directa (E) LUZ reflejada (E) CALOR (E)
En este ejemplo el dispositivo necesario para convertir la luz es el filamento, que al calentarse con el paso de la corriente eléctrica produce la luz del color blanco amarillento característico. En éste caso el gas halógeno cumple la función retardar el desgaste del filamento aumentando su vida útil. El espejo dicroico (de muchas facetas), tiene como función concentrar los rayos de luz en un ángulo limitado, a diferencia de la lámpara común que los emite en todas direcciones.
Ejemplo 2: Ventilador:
a) Esquema “caja negra”
AIRE (M) VIENTO (M + E)
CORRIENTE ELECTRICA (E)
Control de velocidad (I)
73
b) Diagrama de bloques
Turbo ventilador VIENTO (M + E)
AIRE (M)
HELICE
Movimiento giratorio (E)
CALOR Y RUIDO (E)
MOTOR
CORRIENTE ELECTRICA (E)
CALOR Y RUIDO (E)
Control de velocidad (I)
Teclado
Selección de velocidad (I)
En este ejemplo, algo más complejo que la lámpara, al abordar la “caja negra” introduciéndonos dentro de su límite externo, aparecen dispositivos que son comunmente conocidos por los alumnos, ya sean por ser partes reconocibles del ventilador (el motor), o como componente o dispositivo conocidos de otros sistemas (hélice). El subsistema que transforma energía eléctrica en energía mecánica (movimiento giratorio), es el motor. Quien transforma movimiento giratorio en aire en movimiento (aire con energía cinética), es la hélice; y finalmente, quien traduce la información de velocidad deseada es el teclado o perilla, que selecciona distintos terminales (cables), del bobinado del motor.
Ejemplo 3: Estufa a gas: a) Esquema “caja negra” CALOR (E) AIRE
(M)
GAS (M)
Fósforo (E)
LUZ
(E)
Movimiento Perilla de calor (I)
b) Diagrama de bloques
74
AIRE (M)
(Combure nte)
CALOR (E) VALVULA
QUEMADOR
(FUEGO)
GAS (combustible) (M + E) POSICION PERILLA (I)
)
LUZ (E)
Chispa eléctrica
GAS (M)
(E)
CHISPERO PIEZOELÉCTRICO
Presión de la mano al chispero
De similar complejidad que en el caso anterior, quizá no sean fácilmente deductibles los dispositivos que cumplen las funciones necesarias, pero sí es posible inducirlas con un poco de razonamiento. La hornalla de cocina es la referencia conocida para el quemador, la llave de encendido es la válvula que permite o no el paso de gas y es donde actuaremos para apagar la estufa. El encendido con chispero incorporado es similar a los usados para encender la cocina (tipo “magiclick”). Lo demás son las uniones lógicas entre ellos analizando qué entra y qué sale de cada subsistema.
Actividad Nº23 Reconstruyendo un artefacto uniendo Docentes – EGB 2 sus bloque funcionales - EGB 3 . Reconstruir un secador de pelo uniendo los bloques funcionales presentados, en forma secuencial y coherente, siendo lo que entra en un bloque lo mismo que sale del anterior. Todas las flechas representan algún flujo, no queda ninguna libre. Los insumos del exterior son: corriente eléctrica, aire y accionamiento de la mano. El producto: viento caliente; y como no deseados: el ruido y el calor.
RESISTENCIA
MOTOR TURBINA
INTERRUPTOR
Se presenta ésta misma evaluación, con una introducción a modo de dar una cierta significación real al problema. Fue hecha con chicos de 5to. grado. ( 64) 64
Insituto Sarmiento, 2002.
75
También se puede dar el caso de representar sistémicamente en forma de bloques funcionales una suma de operaciones independientes, que, sin formar parte todas ellas de un sistema delimitado, en determinado momento y espacio actúan como “elementos interrelacionados para buscar un fin u objetivo”. De aquí que, el concepto de sistema es en definitiva una herramienta para estudiar un recorte de la realidad. En este ejemplo, parecido al de la cocinita de gas visto anteriormente, el sistema carece de uno de los de los elementos estructurales que en general poseen los sistemas que es el límite o frontera, pero ello no es condición excluyente para ser un sistema.
El siguiente ejemplo que clarifica esto último, también fue parte de una evaluación en un profesorado (65), pero donde además se evalúan los contenidos del tema “electricidad” estudiados anteriormente.
65
College del Instsituto “Marín”, San Isidro, Prov. de Buenos Aires, 2000.
76
Actividad Nº24
Análisis sistémico de un proceso
Docentes – EGB 3
En base al esquema de la figura, aplicando el análisis sistémico, hacer: 1) Un diagrama de bloques funcionales de todos los componentes del sistema, marcándolos vínculos entre cada uno y señalando en los mismos si fluye información [I], (analógica [A] o digital [D] ), energía [E] y/o materia [M], (especificar que tipo). 2) Graficar en las coordenadas de tiempo y tensión, las señales eléctricas respectivas a 1, 2, 3 y 4. 3) Hacer un diagrama de flujo de las acciones directas o condicionales que acontecen desde que nuestra usuaria decide activar su walkman. 4) Hacer un diagrama de tiempos respecto de todos los eventos acontecidos en relación al sistema con la usuaria.
Eloísa se recostó con su walkman. Se durmió... no escuchó nada de música... todas las tardes le pasa lo mismo.
77
El paso siguiente en el abordaje de los artefactos, si es que ya nos ocupamos de la escuela media es acceder a la comprensión del funcionamiento de los subsistemas componentes de sistemas del tipo de los vistos en los ejemplos anteriores. Por ejemplo, cuál es la lógica del funcionamiento de un motor, de un chispero piezoeléctrico, de una válvula de paso, de una resistencia de plancha, etc. Ya son otros los objetivos, otro el nivel cognitivo y por lo tanto hay nuevos contenidos a abordar, incluyendo a los principios físicos en que se sustentan, y desde ya, según la optica deseada desde la educación tecnológica, las necesidades que llevaron a inventar estos artefactos, su historia, etc.
De mayor complejidad que los ejemplos anteriores, la siguiente actividad puede ser un ejemplo del trabajo final integrador, para un grado de profundidad acorde a una capacitación docente o alumnos de últimos años de escuela media. En la resolución se busca identificar en primer lugar todas las entradas y todas las salidas, tanto de M, E e I, también los productos y/o efectos no deseados.
78
Actividad Nº23
Analizar un artefacto sistémicamente Docentes – EGB 3 Media
Propuesta didáctica: Analizar un artefacto sistémicamente, en forma completa con sus respectivos sub-bloques: Actividad: “Reconstruyamos las partes de un microondas partiendo de lo que sabemos de ellos”. Edad: 12 años en adelante. (Contexto socio-económico: mayormente poseedores de un microondas en sus casas) Desarrollo: Mediante el libre aporte de los chicos, el docente va escribiendo funciones que tiene un microondas. Dentro de un cuadro grande que representa al artefacto, se van agregando los bloques antes citados. Divididos de a pares o subgrupos pequeños, frente a la siguiente consigna:¿qué elementos, tanto de materia como de energía o información entran y/o salen del microondas?, ubicarán las entradas a la izquierda, principalmente, y las salidas a la derecha del gráfico. Primer paso: se identifican de las salidas: Alimentos calientes, calor, vapor, ruido, luz, viento (del ventilador). Segundo paso: se identifican las entradas, es decir, los insumos necesarios para que puedan ocurrir las salidas descriptas: Corriente eléctrica, información del usuario, aire, alimentos fríos. Tercer paso: identificación de los subsistemas y componentes conocidos que se supone forman parte del microondas, como por ejemplo el motor que hace girar la bandeja, o la lámpara para la luz. Cuarto paso: se trata de asociar los componentes descriptos con las entradas y las salidas correspondientes. En caso de no conocer el dispositivo o subsistema, deducir que proceso debería realizar; por ejemplo, algún dispositivo que genere las “microondas” a partir de energía eléctrica. Quinto paso: prolongar las flechas de entradas descriptas hasta los sub-bloques que consideran que las reciben y luego las procesan. Por ejemplo, la corriente eléctrica (E) llega a la lámpara interna del aparato, que nos da luz. Es decir la lámpara recibe energía eléctrica y la transforma en energía lumínica. Repetir el mismo esquema para las salidas. Luego terminar el diagrama tratando de unir todos los sub-bloques internos, siendo siempre lo que entra en uno, lo mismo que sale de otro. Cierre: Se hará una puesta en común. Se irá construyendo un esquema completo del microondas con el aporte de todos los subgrupos en el (M) pizarrón. El docente irá marcando errores conceptuales Alimentos (como que entre a un sub-bloque algo que “no sale” de ningún otro, o que queden sub-bloques “sin” entradas o “sin” salidas, o que dos salidas distintas se unan en una misma flecha, etc.). Luego se evaluará entre todos si físicamente son correctos (por (E) ejemplo, si el Luzlos (E)efectos producidos,Calor generador de microondas efectivamente emite microondas y no calor). Si se está de acuerdo y no hay objeciones por parte del docente se copiará individualmente en la carpeta de trabajo el esquema final “reconstruido grupalmente”. Observación: El ejemplo elegido no debería ser hecho en el aula como una clase inconexa de otros temas. El tema “amplio” podría ir tanto desde el aprendizaje del análisis sistémico, como del Horno a microondas Corriente estudio de la aplicación de las microondas, o de las ondas electromagnéticas, de los artefactos del Vapor (M+E) Eléctrica hogar y sus funcionamiento, de la transformación de la energía, del procesamiento de los (alterna, alimentos, etc. Siendo desde ya transversal su posibilidad de abordaje. 220 V)
Cierre de la Puerta (E. cinética + I)
Alimentos calientes (M)
Presión sobre las teclas (Información del ususario )
Aire (M)
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En el siguiente esquema se observa el diagrama completo del microondas, con todos sus componentes y subsistemas, y los flujos de materia, energía e información como último paso del ejercicio. Alimentos (M)
Horno a microondas
Calor (E)
Luz (E)
Vapor (M+E)
Lámpara 220 V (E)
Corriente Eléctrica (alterna, 220 V)
Interruptor de Interruptor de seguridad (puerta) (puerta
)
Microprocesador e interruptores electromecáni cos
Información digital (I)
Teclado numérico
Luz (E) Circuito generador de microondas Ondas Electromagnéticas (E)
220 V (E)
220 V (E)
Cierre de la Puerta (E. cinética + I)
Presión sobre las teclas (Información del usuario )
Bandeja giratoria Movim. Giratorio (E)
Alimentos calientes (M) Viento de ventilación (M+E)
Motor
Ventilador
Aire (M)
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En esta actividad se da lugar a la creatividad suponiendo ya un manejo claro conceptual de bloques funcionales y flechas de flujo.
Actividad Nº24
“Leyendo” artefactos
Docentes – EGB 3
Un juego de “bloques” En busca de reconocer fácilmente un artefacto, conocer cuales son sus entradas y cuales sus salidas y en qué principios se basa para procesar y transformar, se propone el siguiente juego con cartas y tarjetas: 1)
El docente preparará un juego de cartas con un dibujo o fotografía de un artefacto de uso cotidiano o conocido, ejemplo: una plancha, una estufa a gas, un secador de pelo, una canilla, un televisor, un microondas, un fax, una computadora, etc.
2)
A cada alumno se le dará a su vez dos pilas de varias (diez) tarjetas vacías, cada pila de un color distinto.
3)
El docente reparte a todos una tarjeta. Al momento de recibirla cada chico anotará respectivamente en dos tarjetas: las “entradas” (en una tarjeta de un color) y las “salidas” en otra trajeta de otro color (cualquiera sea el número de ellas, de ese artefacto).
4)
El docente retirará la carta entregada y dará una nueva, completando así cada chico, tres o cuatro veces el ciclo.
5)
Terminada esa parte, los chicos intercambiarán libremente entre sí sus tarjetas de similar color (entradas o salidas), manteniendo la cantidad original.
6)
Luego las mezclarán, “entradas” y “salidas” separadamente.
7)
La última parte y la más creativa, será la de proceder cada uno a su turno, a extraer dos “entradas” y dos “salidas” y deducir qué artefacto produce o puede producir tal efecto.
8)
Ejemplo: Después de haber intercambiado las 10 tarjetas, un participante extrae: “corriente eléctrica” y “aire” como entradas y “agua” y “aire caliente” como salidas, siendo originalmente entradas de “plancha” y “ventilador” y salidas de “canilla” y “secador de pelo”. ¿Qué artefacto tiene como entradas corriente eléctrica y aire, y sale agua y aire caliente?. Probablemente no exista, para lo cual habrá que encontrar un artefacto “inventado” que cumpla tal función y cuál es su “utilidad”. En este caso podría ser “un caloventor refrescador” (aclarando que falta la entrada de “agua”, ya que la misma no se fabrica en el interior del artefacto).
Las variantes de este juego pueden ser muchas, quedando en el docente la creatividad para modificarlo.
81
Cibernética: Control y retroalimentación La cibernética (66) es la ciencia que estudia los mecanismos de control y autocontrol,
tanto
artificiales
(tecnológicos,
económicos),
como
naturales,
(biológicos, ecológicos), y aparece como disciplina independiente a partir de los estudios de Norbert Wiener en 1948.
Cuando se desea que un sistema de tipo artefactual varíe su operación de acuerdo a variables deseadas por el usuario, estamos hablando de que dicho sistema puede ser controlado, y por consiguiente alguien o algo ejercen la operación de controlarlo es decir, asumir la función de controlador. Para ello el sistema debe estar preparado para que pueda ser controlado, es decir que tiene que tener entradas específicas para esta finalidad.
Actuadores:
En los sistemas -tanto controlados como controladores-, a los dispositivos que ejercen una acción (movimiento, calor luz, sonido, etc.), al recibir una orden o una información, se los denomina “actuadores”. El actuador es una función (dentro de la categoría de los “transformadores”), y por lo tanto está definida por la ubicación que tiene dentro del sistema, y puede ser cumplida por cualquier dispositivo que cumpla la función de ejercer una acción generalmente hacia el entorno exterior o el control interno.
La característica de un controlador es la de recibir en su entrada una información, y a su salida ejercer una acción u operación. Como se ha visto antes, en términos generales, la información necesita de relativamente poca potencia (energía) para ser transportada y para actuar, y la misma es decodificada y /o amplificada por el dispositivo que ejerce la acción, consumiendo mayor potencia. (67)
66
Término acuñado por Norbert Wiener para designar la naciente ciencia del control. Su origen se encuentra en la palabra griega kybernetes, que significa “timonel”. (T. Buch, pag. 157). 67 Sólo imaginemos la ínfima energía (por no decir nada) que necesitan las secuencias de ADN para transformarse en órdenes que sintetizen todas las sustancias necesarias para el funcionamiento de un organismo vivo.
82
Hay por lo tanto dos flujos de información, uno que informa al controlador sobre el estado del sistema controlado y otro que devuelve a éste las órdenes necesarias para mantener el sistema en las condiciones deseadas. (68)
Acción hacia el exterior o control interno
Información de control ACTUADOR
CONTROLADOR Acción hacia el sistema
Información del entorno
Son ejemplos de actuadores sencillos una tecla interruptora de corriente eléctrica para la luz (del tipo “si” – “no”, “on” –“off”), una canilla para el agua (de tipo “proporcional”, es decir la apertura varía en función del giro del grifo). El actuador actúa siempre sobre el flujo de potencia, es decir sobre el flujo de energía o materia en cualquiera de los procesos de transporte, almacenaje o transformación.
Otros actuadores pueden ser: electroválvulas (válvulas de paso accionadas eléctricamente) para abrir o cerrar la circulación de gases o líquidos, relés (interruptores accionados eléctricamente); motores eléctricos o neumáticos (accionados por aire a presión), o hidráulicos (accionados por la presión de un líquido), pistones (también hidráulicos o neumáticos), etc.
Persona (controlador)
Información sobre luz ambiente (vista)
Diagrama de bloques de la acción de una persona (controlador) sobre una lámpara en función de la decisión de aumentar o no la luz ambiente.
Acción manual
Corriente eléctrica
Luz Lámpara
Interruptor
68
T. Buch op. cit. pag. 282
83
Persona (controlador)
Acción de una persona en la función de controlador del caudal o flujo a partir de la comparación de dos informaciones: el valor deseado, por un lado, y el caudal existente, por el otro. Producto de la diferencia entre ambas informaciones la decisión del controlador es la de abrir o cerrar la válvula proporcionalmente.
Acción manual (Información amplificada en potencia)
Información sobre el flujo (medición)
Flujo
Flujo
Actuador
Señal eléctrica (E+I)
Agua (M)
Ejemplo de electroválvula como actuador, controlado por una señal eléctrica que puede provenir de la acción de una persona que accione un interruptor o de un dispositivo automático que envíe tal orden.
Electroimán Movimiento Rectilíneo (E+I) Agua (M)
TANQUE (depósito)
Como otro ejemplo de controlador se puede mencionar un artefacto secuenciador a levas, cuya función es levantar según un orden preestablecido una serie de palancas. El ejemplo más cercano lo encontramos en una caja musical mecánica, pero este principio formaba parte de los más antiguos sistemas de procesos automáticos generados a partir de un movimiento giratorio, como ser un molino de agua que acciona el golpeteo de martillos para triturar algún material. En la fotografía se aprecia una caja musical a levas que toca un xilofón, construida con elementos de descarte por chicos de séptimo grado:
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Sensores:
La propiedad de un sistema de adaptarse a las variaciones del entorno no sería posible si no dispusiera el dispositivo controlador la capacidad de cumplir la función de sensar las variables externas para adaptar el desenvolvimiento del sistema a los estados cambiantes de estas variables. Este dispositivo recibe el nombre de “sensor”. Los sensores reemplazan las operaciones humanas de observación y toma de datos, efectuadas en general por los cinco sentidos. El controlador –o sea el elemento del sistema que recibe información, toma decisiones y emite las señales que afectan a la parte del sistema controlado- puede ser una persona o un aparato. Cuando no intervienen seres humanos hablamos de un sistema automático.
Prácticamente existen sensores para todas las variables física que existen, sensando directamente la magnitud física o el efecto de ella sobre otra. Se pueden sensar eventos, presencia, movimiento, luz, radiación de cualquier tipo, sonido, presión, caudal de fluido, corriente eléctrica, campos magnéticos, etc., con el dispositivo adecuado. El elemento sensor casi siempre va asociado con un “transductor”, que convierte la variable sensada en una señal operable por otras partes del sistema, en general eléctrica, de tipo analógico o de tipo digital. Un interruptor también puede cumplir la función de sensor, si en este subsistema cumple la función de enviar una información para una acción de control.
Movimiento o desplazamiento
Un interruptor no ya como actuador sino en la función de sensor, por ejemplo, para dar una información a un sistema de alarma sobre una puerta o ventana que se abre.
Por ejemplo, los detectores de movimiento de las alarmas o las puertas automáticas sensan las ínfimas variaciones de temperatura del entorno cuando pasa una persona, mediante un dispositivo electrónico (detector de infrarrojo pasivo), que posee una minúscula lámina de un plástico especial que sufre mínimas deformaciones con los cambios de temperatura. Según la deformación genera una corriente eléctrica análoga pero muy débil. Para que sea una señal útil para poder actuar debe tener un circuito asociado que transforme esta mínima corriente en una señal, generalmente de tipo “si” – “no” que va a actuar en el sistema de detección. 85
Información y acción
ACTUADOR
Actividad Nº
Información SUBSISTEMA CONTROLADOR
TRANSDUCTOR AMPLIFICADOR
Sensores y actuadores
ELEMENTO SENSOR
Docentes – EGB 3
En un ejercicio con el grupo educativo, donde se plantean situaciones problemáticas a resolver, dar la siguiente consigna: 1) Observar en silencio todas las cosas del aula o ámbito, que se pueden modificar, controlar, cambiar, etc. para cualquier fin. 2) En un segundo paso, el docente escribirá en el pizarrón mediante una “tormenta de ideas”, en columna una idea por alumno. 3) Luego volverá en orden desde la primera, asociando al lado, en otra columna paralela, qué sensores serían necesarios para cada caso, para sensar los distintos estados o magnitudes de las cosas y cómo se les ocurre que funcionaría ese sensor. 4) Por último, y en una tercer columna, asociar a cada sensor, qué actuador ejercería la acción de modificación deseada. Ejemplo: Se desea cerrar la ventana cuando hay viento. Sensor de viento: una lámina metálica muy suave que con el viento toque otra más rígida y establezca un contacto eléctrico. Actuador: un motor que accione una polea que tire de un cable para cerrar la ventana. Nota: Tanto los sensores como los actuadores pueden ser de muy distinto tipo. Como esta actividad es de tipo creativo, no es importante la factibilidad o no de sus construcción, y se puede adosar más de un tipo de sensor o actuador por idea.
Lazo abierto y lazo cerrado:
Este tipo de sistemas que poseen la característica del autocontrol se llaman sistemas de lazo cerrado, (ya sea con intervención de personas o no), porque a diferencia de los de lazo abierto descriptos hasta ahora, se sensa información de las salidas, o de la acción de estas sobre el medio, para corregir las características de la operación realizada. El término “lazo cerrado” se debe al retorno de una o varias variables, en concepto de información, hacia las etapas de entradas del sistema en forma de recorrido circular. (No tiene que ver con “sistema cerrado”, que es otro concepto). 86
En síntesis, muchos de los procesos de transformación, almacenaje o transporte varían las características de sus operaciones de acuerdo a las variaciones del entorno. La operación u operaciones realizadas no son invariables o fijas como en un sistema de lazo abierto, es decir, que la acción de un bloque funcional sobre el o los siguientes no es siempre el mismo sino que varía de acuerdo a la información recibida.
En 1788, el inglés James Watt inventa lo que puede considerar el primer sistema de autorregulación, en este caso para mantener constante la velocidad de giro de un volante impulsado por la energía del vapor. El mismo consistía en dos bolas que giraban (ver figura), sostenidas a un eje, y a medida que aumentaba la velocidad de giro del eje, las bolas, por acción de la fuerza centrífuga subían. Al estar conectadas las mismas a una palanca, ésta cierra la válvula del paso del vapor, lo que hace disminuir el flujo de vapor y por consecuencia la velocidad de giro de las bolas, lo que a su vez abre la válvula. El sistema se estabiliza en una posición de equilibrio, regulable a voluntad.
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lazo abierto
lazo cerrado
SISTEMA
SISTEMA CONTROLADO
SISTEMA CONTROLADO
Flujo de potencia
Flujo de potencia
Subsistema CONTROLADO Información
Información
Subsistema CONTROLADOR
Información
Información
SUBSISTEMA CONTROLADOR
ACTUADOR
TRANSDUCTOR AMPLIFICADOR
ELEMENTO SENSOR
El siguiente es un ejemplo de sistema simple, de lazo abierto con un control de encendido, o sea un interruptor: Acción externa de encendido – apagado (I)
Corriente eléctrica (E)
Luz (E)
LAMPARA
Actuador: Interruptor (mecánico)
El mismo ejemplo simple en lazo cerrado: luz automática que se enciende al oscurecer. El esquema en bloques sería el siguiente:
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Subsistema controlador
Corriente eléctrica (E)
Corriente eléctrica (E)
Luz (E) LÁMPARA
Movimiento mecánico (E)
Interruptor electromecánico (relé)
Actuador interno de encendido – apagado (I)
SENSOR DE LUZ (célula fotoeléctrica)
Luz del entorno(E)
Corriente eléctrica (E)
El interruptor y la lámpara son los mismos que en el esquema anterior de lazo abierto. Se agregan al sistema el sensor de luz y un actuador que acciona el interruptor al sensar oscuridad, por ejemplo. El interruptor y el actuador que lo acciona vienen en un mismo dispositivo electromecánico llamado relé o relay. Junto al sensor forman el subsistema controlador.
En un sistema de transporte, formado por una bicicleta y su conductor asociados, el movimiento del manubrio está controlado por la voluntad del conductor de dirigirse a determinado lugar, pero en permanente oscilación debido a los obstáculos del camino y a la búsqueda de equilibrio, que, sensados por la vista de la persona y vía cerebro, envía órdenes a los brazos para corregir la dirección dada por los brazos para la rueda.
Esquema en bloques del lazo cerrado, simplificado:
BICICLETA Acción de pedaleo (E. Mecánica)
Información (de los brazos) CONDUCTOR
Movimiento de la ruedas sobre el suelo (E. mecánica) Información (por la vista de la direccion y velocidad)
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Esquema completo del lazo cerrado de la información para el control de la dirección:
Movimiento de control sobre el manubrio (ángulo)
SUBSISTEMA BICICLETA
Brazos del conductor (actuador)
Manubrio y rueda
Voluntad de dirección (cerebro)
Movimiento de las ruedas sobre el suelo y dirección de la bicicleta
Vista del conductor (sensor)
Retroalimentación (información sobre la dirección y velocidad)
Subsistema Conductor
A esta acción de corrección, generada en primera instancia por la vista, se la llama retroalimentación, realimentación o alimentación negativa. Es negativa porque ejerce una acción contraria, cuando es necesaria, a la tendencia del sistema, para corregir su acción. En el ejemplo anterior, cuando la bicicleta se inclina para un lado de manera indeseada, la acción de corrección la desvía para el lado opuesto (por eso lo de “negativa”), y el resultado general es una menor desviación de la bicicleta respecto de la dirección deseada y el equilibrio. La persona ejerce además de la energía para el movimiento, la función de retroalimentación. Las piernas ejercen la fuerza de movimiento y los brazos la fuerza de control.
Lo mismo sucede con un automóvil o cualquier proceso donde la acción de corrección sea dada por una persona que “sensa”, y en función de ello acciona para corregir cualquier desviación respecto de la voluntad prefijada de acontecer. La retroalimentación se puede definir como “la propiedad de ajustar la conducta futura a hechos pasados” (N. Wiener).
En el caso de la lámpara, la operación es fija, y la luz emitida es función de la corriente eléctrica que la atraviesa. En el caso del ventilador del capítulo anterior, los controles de velocidad son accionados externamente por el usuario. El ventilador en si mismo es un sistema de lazo abierto, ya que no altera su operación por ninguna variable externa, (salvo la de no recibir energía eléctrica o carecer de aire para impulsar). Si consideramos el conjunto ventilador – usuario como sistema 90
de estudio, entonces, como en el caso de la bicicleta con el conductor, hay un lazo cerrado porque el sensor es el usuario.
En el caso de la estufa, también de lazo abierto, si quisiéramos automatizarla de tal modo que varíe su emisión de calor en función de una temperatura deseada, deberíamos agregar un sensor de la temperatura ambiente, el cual además debe cumplir la operación de compararla con la deseada –previamente prefijada por alguna perilla- y en función de esa información actuar sobre el control de flujo de gas hacia el quemador.
Actividad Nº26
Sistemas de “lazo cerrado”
Docentes – EGB 3
Teniendo el diagrama de bloques de una estufa a gas simple (de lazo abierto), agregar el sensor de temperatura, el control de temperatura deseada y la válvula actuadora que regule el paso del gas. Acción externa de encendido – apagado (I)
Gas (M+E)
Quemador A gas
Calor (E)
Válvula de paso
El esquema en bloques de la estufa “automática” (lazo cerrado) del ejercicio, sería de ésta forma:
Estufa automática
Gas (M+E)
Válvula de paso Quemador A gas Acción interna de control del flujo (I)
Sensor de temperatura
Calor (E)
Temperatura ambiente
Control de temperatura deseada
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Actividad Nº27
Sistemas de “lazo cerrado”
Docentes – EGB 3
En el siguiente diagrama de bloques de una estufa a gas automática (con sensado de la temperatura ambiente), modificar la estructura de bloques y canales de flujo de los dispositivos de realimentación, para transformar el conjunto en un dispositivo de seguridad (como subsistema de la estufa) en el que se sense la presencia de fuego, de tal manera que, en caso del apagado accidental (viento o corte de suministro de gas, es decir “desaparición del calor del fuego”), se bloquee el flujo del mismo hasta un nuevo encendido. Estufa automática Válvula de paso Gas (M+E)
Calor (E) Quemador Acción interna de control del flujo (I)
Sensor de temperatura
Temperatura ambiente
Control de temperatura deseada
El esquema correcto sería el siguiente: Encendido manual (E. mecánica)
Gas (M+E)
Dispositivo de seguridad
Válvula de seguridad
Fuego Quemador
Acción interna de control del flujo (I)
Sensor de Calor
Calor
El siguiente es un trabajo realizado por alumnos de 2do. año de media en la materia “Tecnología”, según la consigna dada por esta última actividad, donde se evalúan los contenidos vistos en el cuatrimestre referidos a enfoque sistémico, energía, electricidad y transmisión y modulación de la información:
Actividad Nº25
Sensores y actuadores
Docentes – EGB 3
Consigna: Inventar un artefacto o sistema de confort para uso hogareño, mediante un diagrama de bloques, que describa las distintas funciones y proceso de transformación, transporte o almacenamiento, usando hasta tres sensores y tres actuadores, consignando en cada canal de flujo, si se trata de información (modulando materia o energía), materia o energía.
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“Abastecedor automático de cereal para perros”
Variacion de temperatura (E;I) Señal eléctrica digital (E;I) Emisor de señal de radio
Collar sensor de temperatura
Señal eléctrica modulada en frecuencia (E;I)
Onda electromagnética modulada en frecuencia (E;I) Antena
Onda electromagnética modulada en frecuencia (E;I) Receptor de señal de radio
Cereal (M)
Señal eléctrica digital de potencia (E)
Deposito de cereal
Electroimán accionador de compuerta Movimiento longitudinal (E)
Cereal (M)
Como se aprecia en este ejercicio, todo el sistema diseñado es de lazo abierto ya que el sistema “entregador de cereal” reacciona con la acción del otro al momento de haber sensado un determinado evento (hambre del perro, mediante la temperatura del cuello). La presencia de sensores y actuadores no necesariamente implican un sistema de lazo cerrado. Sería de lazo cerrado si al momento de saciado del hambre se cerrara la compuerta del depósito. Pero la solución más acorde, sería para éste caso un temporizador (o timer) que la cierre después de un lapso apropiado.
El siguiente es un ejercicio de evaluación final de un curso de capacitación docente (69) acerca de “las tecnologías del control”, para docentes del área de tecnología de EGB, donde se evalúa mediante el enfoque sistémico los dos modos de control, por lazo abierto y por lazo cerrado. Se dan los sub-bloques componentes de un microondas, dando por sentado el desconocimiento de la mayor parte de los 69
Curso “Las tecnologías del control y las transformaciones en el trabajo”, realizado en conjunto con Gabriel Marey en el CEPA, Sec. de Educación de la C. De Bs. As., 2002.
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alumnos, de las partes que lo forman, pero justamente el objetivo no es conocer como se construye un microondas, sino deducir qué dispositivos debería tener en su interior según lo que se conoce de sus entradas y sus salidas y lógica de relación entre esos subsistemas y el flujo de las variables hacia y desde los mismos.
Este ejercicio también aborda la comprensión de la “forma” del lazo abierto y el lazo cerrado, como característica en el control de los sistemas.
Actividad Nº28
Control por lazo abierto y por lazo Docentes – EGB3 cerrado
En el departamento de diseño de Microwave Argentina, una fábrica de microondas, les solicitan: a)
Organizar el diagrama de bloques del modelo Control 25T de lazo abierto, es decir, el proceso de calentamiento se interrumpe por después del tiempo prefijado por el usuario. Se presentan abajo los componentes, en forma separada. Detallar todas las entradas y las salidas de cada bloque, así como qué fluye de y a cada uno de ellos (M, E, y/o I, analógica o digital).
b)
Otro modelo desarrollado por la empresa es el Control 25A que tiene los mismos componentes del modelo anterior con el agregado de un sensor de cocción de tipo aguja, ideal para introducir en las comidas para detectar la temperatura en el interior de las mismas. Este sensor tiene una temperatura de referencia que se fija por medio del teclado y cuando la temperatura de cocción llega a ese nivel, interrumpe el proceso automáticamente. Agregar en el diagrama de bloques este dispositivo. Fuente de alimentación microprocesador 220v CA – 5v CC
Emisor de microondas (Magnetrón)
Transformador Para el magnetrón 220v AC – 3000v AC
Interruptor de emisión
Compartimiento de cocción
Energía Eléctrica red
Teclado Aguja
Microprocesador (Temporizador y control) Display
Conversor temperatura Inf. digital
Sensor
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Resolución satisfactoria de una alumna docente del punto a), del lazo abierto:
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Resolución satisfactoria del punto b) del lazo cerrado por otra docente:
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Otro trabajo didáctico en el que se puede abordar muy básicamente el concepto de regulación y lazo cerrado es en la construcción de un reloj de agua (“clepsidra”), como se presenta en la siguiente actividad:
Actividad Nº
Otro lazo cerrado: Construyendo una clepsidra
EGB2 - EGB 3– Docentes
Una clepsidra es un reloj de agua, que funciona por la acumulación de un goteo, donde la altura de líquido en un recipiente final, es proporcional al tiempo transcurrido. Pero la solución no termina en esto porque si tenemos un recipiente que gotea, sabemos que la velocidad de goteo no es constante sino que depende del nivel de agua que contiene, y por lo tanto de la presión que hay en el fondo del mismo. Para chicos de 10 a 12 años, divididos en grupos, es una actividad muy interesante, ya que se ponen en juego muchos elementos adquiridos previamente en el trabajo de construcción práctica en el taller de tecnología. Basicamente se comenzará con el ensamble de dos recipientes, uno que gotea y otro que recibe. Los dos pueden ser parte de una misma botella plástica de gaseosa cortada por la mitad. La mitad superior, invertida, es la que gotea, suspendida de algún tipo de soporte. El goteo se logra mediante una pinchadura con alfiler en la tapa rosca plástica. (Con clavo en lugar de gotear chorrea) Como actividad, ya iniciado el proyecto de construcción se puede plantear que, una vez presentado este problema de la variación de velocidad de goteo, (los chicos mismos se pueden dar cuenta de eso), busquen la forma de solucionarlo. Puede ser mediante un torbellino de ideas, donde muy posiblemente haya quien plantee la solución al prioblema: hay que insertar un recipiente intermedio –regulador- que reciba el goteo del “tanque”, pero que mantenga siempre un mismo nivel, mediante una cánula que, llegado el líquido a ese nivel, derive hacia fuera el agua excedente. Es decir en este recipiente intermedio, que a su vez también goteará sobre el de acumulación, el agua tendrá siempre un mismo nivel. Para ello la condición es que el goteo del tanque sea levemente de mayor velocidad que el de salida (por ej., cada tres gotas que recibe, caen dos). El agua excedente cae de la cánula hacia otro (cuarto) recipiente. La escala de tiempo se puede realizar mediante una primer medición de, digamos, cinco minutos de goteo. Se hará una marca (con marcador indeleble), y luego se repetirán las marcas a la misma distancia que desde 0 a la primera. Hay una condición básica para este tipo de escala: que el recipiente final sea cilíndrico y derecho. El único problema con la base de las gaseosas es la deformaciónm inferior a modo de patas de apoyo. Esto se puede solucionar por ejemplo, vertiendo cemento hasta una altura (2 cm) en que ya la forma sea cilíndrica, o, más sencillamente, poniendo agua hasta ese nivel y a partir del cual se considerará el cero. Cuando el modelo esté terminado, la medición se hará una vez llenados el tanque, el recipiente regulador hasta la altura de la cánula y el receptor hasta el nivel del cero. El sistema es muy preciso y se pueden tomar mediciones de tiempo de un día o varios, dependiendo del tamaño del sistema y de la velocidad de goteo.
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Como ejercicio es también interesante el poder representar mediante un diagrama de bloques el sistema clepsidra y dar cuenta del lazo cerrado –pasivoexistente en el recipiente regulador (*). El esquema tendría esta forma: Sistema “Clepsidra”
Tapa rosca con orificio
Goteo de agua Agua
Goteo de agua Recipiente regulador
Tanque depósito Lazo cerrado Goteo de agua (no regular)
Tanque depósito
Información (tiempo transcurrido)
Cánula de derivación
(*) No existe ninguna válvula real, Recipiente de acumulación de agua excedente
sólo es conceptual, porque la derivación del agua se produce cuando el agua sobrepasa el nivel de la cánula y esa es – conceptualmente- la información que actúa sobre esta válvula virtual.
Y la representación en bloques realizada por chicos de 10 años en una puesta en común con el docente (no se explicita el lazo cerrado aunque sí se lo ha mencionado intuitivamente, ya que no son conceptos abordables comunmente con chicos de esta edad, pero tampoco se puede dejar de intentarlo).
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Cuanto más se necesita que un sistema se adecúe y responda a las variables del entorno, mayor cantidad de lazos de realimentación tendrá. Es decir, el sistema da cuenta con su propia diversidad de estados la variedad de su entorno ( 70), y por lo tanto más complejo es.
Los procesos controlados por autorregulación (o autocontrolados), logran maximizar la eficacia y la eficiencia de los procesos técnicos, permitiendo prescindir, casi completamente de la presencia de operadores humanos, excepto para tareas de supervisión y control general. Pero además posibilitan la realización de diversos procesos contínuos, (de base química y electrónica, en general), que no podrían ser efectuados en ausencia de tecnologías de control. (71)
Si pensamos un poco, prácticamente no existen en el mundo artificial sistemas de lazo abierto, por más sencillos que sean, que no formen un sistema de lazo cerrado con otros sistemas o con personas que los usen y controlen. Pero como para ajustar en claridad este último concepto: ¿una silla entra en esta última afirmación? La respuesta sería: la silla es un sistema estructural y por lo tanto estático, que no produce ninguna transformación. Sí lo sería en el caso de una silla ajustable según los deseos del usuario, porque allí sí intervienen dispositivos de tipo mecánico o electromecánico, etc. Más aún si esa silla se ajustase sola, digamos, a la fisonomía de quien la usa.
Un sistema “ideal” que pueda atender a la variación total del medio tendría que tener una cantidad infinita de elementos y autoregulaciónes, lo cual sería imposible, y por el absurdo, si fuera posible, no existiría tal sistema porque este diluiría su 70 71
Arnold y Rodriguez, Op. Cit. pag. 48 A. Fraga y C. Figari, Actualización curricular 7º grado, pag. 23, Secr. de Educación Gob. C. Bs. As., 2001
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identidad con el ambiente. Esto significa que no puede existir una relación punto por punto entre sistema y ambiente, por lo cual el sistema debe absorber selectivamente aspectos de este. (72)
Sólo con pensar en el o los sistemas sociales e instituciones (de los cuales formamos parte), como paradigma de una construcción artificial muy compleja (que por lo tanto entra en la categoria de sistema tecnológico), al estar prácticamente todas las acciones reguladas,
conciente
o
inconcientemente,
implícita
o
explícitamente, con reglas escritas o no, podemos entender que en la naturaleza de todo sistema complejo, las regulaciones son parte constitutiva e indispensable. A ese cúmulo de regulaciones, justamente le llamamos “cultura”, es decir el cúmulo de acciones, ideas, y principalmente valores del ser humano en un grupo determinado. Quizá suene obvio, pero no está demás remarcar que los valores regulan e inducen el comportamiento y guían las acciones... y de ahí su importancia en la educación.
72
Arnold y Rodriguez, Op. Cit. pag. 48, citando a W. R. Ashby
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Haciendo comprensible lo complejo Edgar Morin (73) es un pensador multidisciplinar conocido especialmente como sociólogo y epistemólogo estudioso del fenómeno de la complejidad. Define primeramente a la complejidad con una noción que no puede sino ser negativa:
“...es aquello que no es simple. El objeto simple es el que se puede concebir como una unidad elemental indescomponible. La noción simple es la que permite reducir un fenómeno compuesto a sus unidades elementales, y concebir el conjunto como una suma del carácter de las unidades. La causalidad simple es la que puede aislar la causa y el efecto, y prever el efecto de la causa según un determinismo estricto. (...) No obstante se puede aplicar una teoría simple a fenómenos complicados, ambiguos, inciertos. Entonces se hace una simplificación. El problema de la complejidad es el que plantean los fenómenos no reductibles a los esquemas del simple observador (...) que los observará en forma de oscuridad, incertidumbre. Es cierto que todo conocimiento tiene algo de simplificador, en el sentido de que abstrae, es decir, elimina un cierto número de rasgos empíricos del fenómeno.” (74)
Tanto el mundo natural como la sociedad se caracterizan por una complejidad organizada, que es la característica que le permite la existencia. Muchos de los sistemas, objeto de este estudio, tanto naturales como artificiales comparten este fenómeno.
Según J. de Rosnay, la complejidad implica:
1. Variedad de elementos, dotados de funciones específicas y organizados en niveles jerárquicos;
73
Es considerado uno de los grandes pensadores del siglo XX. Figura como pionero en los estudios sobre complejidad. Ya en los años 60 celebra los Coloquios de Royaumont donde se pergeñaron cambios tan fundamentales como la gestación de la Segunda Cibernética que posibilita el análisis de los sistemas autopoieticos. En su colosal obra El Método, sintetiza todos los nuevos desarrollos en teoría de sistemas, teoría de la información, cibernética, reformulando el método de la complejidad donde se reunen las aportaciones de Prigogine, Von Foerster, Henri Atlan, Maturana, Varela y un largo etcetera. Esta obra supone una gran aportación para la Universidad: por su proyecto transdisciplinar, por su propuesta de la inseparabilidad de los aspectos físicos/biológicos /sociales de los fenómenos. (www.edu365/aulanet/comsoc/visions/morin.htm, dic 2002) 74 Edgar Morin, “Ciencia con conciencia”, pag. 319, Editorial Andropos, 1989
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2. Interacción de los elementos entre sí y con el medio; en general interacciones no lineales.(75)
3. Los diferentes niveles y elementos individuales están unidos por una gran variedad de enlaces, de lo que resulta una elevada densidad de interconexiones. (76)
Como ya se ha presentado, la Teoría General de Sistemas nació en la búsqueda de “invariantes” comunes a todos los sistemas, hasta los más disímiles como ser una población de animales, el Código de Hammurabi, la geometría de Euclides, una máquina de cortar césped, una sociedad humana, una red ferroviaria, una galaxia o una célula. Cada uno de esos objetos puede ser estudiado como sistema”. (77)
Tomás Buch reflexiona al respecto:
“A veces podemos pensar que estamos describiendo “la obviedad”, pero por dejar de lado cosas que creemos tan evidentes perdemos potencialidad para la comprensión. Los sistemas sencillos presentan en general la posibilidad de comprender detalladamente todos sus mecanismos componentes, estudiar su estructura con todo el detalle requerido y dejar todos sus secretos develados. Podríamos decir que eso los hace “sencillos”. En aquellos sistemas en que este nivel de detalle no resulta posible, los conceptos sistémicos resultan más útiles y, a veces, irreemplazables.” (78)
Pero no sólo eso. Se busca una visión integradora de la realidad para poder describir “lo complejo”, suponiendo que todas las “complejidades” tienen cosas en común. Lo complejo es abordable porque está estructurado jerárquicamente, no es una acumulación simple y cuantitativa de elementos ya que ello no conforma un sistema, sino que estos elementos mínimos constituyen a su vez otros subsistemas,
75
No lineal significa que en la relación de causa y efecto, el aumento del doble de una variable de entrada no necesariamente implica el doble del de la salida, ni siquiera un número proporcional, sino que un aumento al principio puede tener un mismo tipo de aumento en la salida, pero no el mismo para un aumento aún mayor. Por ejemplo, el aumento del voltaje a una lámpara al doble, no significa el doble de luz (mientras no se queme). 76 Joel de Rosany, Op. Cit. pag. 83. Asimismo cita a W. Ashby que señala que un sistema simple de siete elementos conectados por relaciones orientadas en los dos sentidos y con dos estados posibles cada una, se expresa por la cifra de 242. 77 Tomás Buch, Op. Cit. pag. 123 78 Tomás Buch, Op. Cit. pag. 137
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que a su vez forman otros, hasta llegar a una unidad operacional amplia, objeto de estudio y significativa en cuanto al propósito de aprendizaje.
Si lo que tenemos es sólo una acumulación cuantitativa de elementos, no cabe utilizar el término “complejo” ni el concepto de sistema, sino simplemente de una gran agregación de elementos, lo cual no deja de tener sus propiedades sinérgicas, es decir propias del conjunto, siempre y cuando existan procesos de interrelación: no es lo mismo un conjunto de tuercas, que un conjunto de pájaros, por ejemplo.
La complejidad radica en definitiva en la cantidad de interacciones, relaciones de causas y efectos, incluidas las variables azarosas –que también pueden ser estudiadas y previstas-, retroalimentaciones, y la cantidad de niveles de subsistemas o subestructuras que podamos o nos interese determinar.
El nivel de complejidad es pues un concepto relativo a un contexto. Una persona puede ser una “unidad” simple –para decirlo de alguna forma- para un sistema sociológico o estadístico, pero un sistema complejísimo para la biología, la psicología, etc.
No tiene utilidad en términos de eficiencia de la acción abordar la complejidad biológica de una persona si lo que interesa es el estudio de lo social, es decir el macrosistema, o viceversa. Desde ya que existen relaciones de causa y efecto entre unos y otros, como pueden ser las consecuencias sociales de determinada enfermedad o característica genética de una población, pero tiene que ser tratada recortando el problema específico a estudiar. Todas las complejidades, y las subcomplejidades que la forman, juntas no conducen a clarificar el entendimiento de los fenómenos, por eso se hace necesario establecer niveles y jerarquías para su abordaje y allí esta la llave de la cuestión.
Otra característica propia de los sistemas complejos es la capacidad que tienen de adaptarse a los cambios del entorno, es decir de autorregularse. Los sistemas vivientes tienen a esta característica como determinante, y los sistemas artificiales buscan imitarlo, ya que el objetivo es que sean lo más eficientes posibles para la tarea para la cual se los ha diseñado y cuanto más cabalmente la cumplan, mejor es el artefacto u organización.
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A esta propiedad de los seres vivos de mantener el equilibrio interno de funcionamiento se la llama homeostasis. Por ejemplo la temperatura de las personas o los animales se mantiene en un estado de equilibrio dinámico permanente (79), inclusive el estado febril es parte de la autorregulación del cuerpo para mantenerse vivo. Lo mismo con los niveles existentes en los distintos órganos de determinadas hormonas, enzimas, etc. “La homeostasis se presenta pues como una condición esencial de la estabilidad –y, por consiguiente, de la supervivenciade los sistemas complejos (...) Los sistemas homeostáticos son ultrestables: toda su organización interna, estructural, funcional contribuye al mantenimiento de esa misma organización resistiendo al cambio.” (80)
En el caso de las organizaciones e instituciones sociales, existen muchos mecanismos tendientes a adaptarse a los cambios del entorno. En general en todos estos sistemas citados, las alteraciones en el entorno o dentro del propio sistema generan modificaciones en el sistema mismo, pero no al nivel de generar un cambio cualitativo en que el sistema cambie su naturaleza.
Como en el caso de la justicia, que aísla de la sociedad a los elementos perturbadores del “orden” (sin entrar en juicios de valor); o los anticuerpos que matan las sustancias extrañas. Si no tuviesen esa propiedad de modificarse o de alterar las interrelaciones, el sistema no tendría la capacidad de subsistir. Es el clásico “cambia un poco para que nada cambie”, aunque muchos cambios cuantitativos generan en definitiva un cambio cualitativo, de la naturaleza del sistema. Un edificio (en este caso un sistema estático, no dinámico), que no posea un cierto grado de flexibilidad no podría soportar los distintos esfuerzos exigidos.
Es el caso de una empresa que por no poder adaptarse a cambios económicos bruscos, quiebra. Aunque también los límites de adaptabilidad se encuentran dentro de ciertos márgenes, más allá de los cuales la supervivencia es imposible, como por ejemplo que la temperatura ambiente exceda de tantos grados o presente fríos extremos. Lo mismo la economía, donde, ante cambios extraordinarios de las reglas del juego (leyes), instituciones o condiciones (devaluaciones, guerras, catástrofes);
79
Un ejemplo sencillo de equilibnrio dinámico es un recipiente que tiene un agujero por donde sale la misma cantidad de agua que la que entra por una canilla. El nivel de agua está en estado estacionario que es distinto al estado estático de un vaso común, quieto,con agua. Hay un equilibrio de flujos en movimiento. 80 Joel de Rosnay, Op. Cit. pag. 106
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la población pierde la capacidad de adaptarse buscando todo tipo de alternativas, o empobreciéndose dramáticamente.
“Para un sistema complejo, durar no basta: es preciso adaptarse también a las modificaciones del entorno y evolucionar. De otro modo, las agresiones exteriores no tardan en desorganizarlo y destruirlo”. (81) La evolución de las especies no es sino la respuesta de los organismos a los cambios del entorno, pero a escalas temporales inmensas. Maturana (82), otro pensador sobre la complejidad, llama “dominio” del sistema al rango de cambios posibles entre los extremos físicos, sin que cambie la naturaleza del sistema o su organización. Fuera de este dominio, los cambios estructurales provocan la pérdida de organización o “identidad de clase”, hasta la posible desintegración del sistema compuesto. Un sistema viviente conserva mientras vive, su organización y su acoplamiento estructural con su ambiente. Los seres vivos son sistemas bajo condiciones de cambio estructural continuo conservando la organización y la relación de correspondencia con el medio, mientras vive. La adaptación de los sistemas complejos es una constante, no una variable. (83)
Debido a la dificultad de operar con algo impredecible, frente a lo complejo y desconocido se buscan como estrategia de entendimiento encontrar regularidades mínimas que permitan predecirlo y explicarlo. En general se busca trivializar lo complejo. Los sistemas triviales son altamente confiables y predecibles. Responden a un mismo “output” (salidas) cada vez que reciben un determinado “input” (entradas). No modifican su comportamiento con el transcurrir de las acciones. Los sistemas no triviales o complejos, a un mismo input pueden entregar outputs totalmente
diferentes.
Pueden
cambiar
permanentemente
su
regla
de
transformación en base a una lógica totalmente determinada, aunque esta no sea transparente o aprensible para nosotros en una primera instancia. (84)
81
Joel de Rosnay, Op. Cit. pag. 107 Humberto Maturana (1928), chileno, es médico y biólogo de la Univ. de Harvard, con posdoctorado en fisiología del dpto. de Ingeniería Eléctrica del MIT. 83 Arnold y Rodriguez, op cit. pag. 57, citando a Humberto Maturana 84 Arnold y Rodriguez. Op. Cit. pag. 56-57, citando a Heinz Von Foerster (1911), respecto a los sistemas autoorganizadores. 82
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Desde otra perspectiva, Humberto Maturana menciona a las “unidades simples” –ya sean parte de las complejas o unidades en sí mismas- que se distinguen como una totalidad y no hay preguntas que requieran procesos de distinción al interior de ellas ni acerca de cómo es posible que funcionen de una u otra manera. Si se distingue un grabador como unidad simple, basta que tenga las propiedades que la definen como grabador, no es necesario preguntarse por sus componentes ni como es posible que grabe y reproduzca sonidos. La unidad compuesta surge en el momento en que el observador se pregunta por los componentes que forman la unidad simple. (85)
En el ámbito de los sistemas tecnológicos, la tendencia es hacia la imitación de la flexibilidad para adaptar el artefacto a la mayor cantidad posible de variables del entorno que contribuyan a un comportamiento más eficaz y eficiente. Por eso mismo se aplica el término de programación flexible en los artefactos que están preparados para responder a las condiciones más variadas (mediante el software adecuado, y, obviamente dentro un contexto y límites determinados), pero mucho más aptos para responder a los requerimientos de uso que las generaciones anteriores de un mismo tipo de artefacto. Justamente, la utilización de los microprocesadores (86) es los que le permite a la tecnología actual el procesamiento rápido de muchas variables y entregar las respuestas adecuadas para cada eventualidad. Por ejemplo, se encuentran cada vez más microprocesadores en todo tipo de artefactos de uso corriente, como automóviles, microondas, videocaseteras, televisores, puertas automáticas, y así un sinnúmero de ejemplos. En general todos estos tipos de sistemas controladores son electrónicos (mediante “chips” o circuitos integrados) y mayormente funcionan cada vez más mediante la codificación digital de la información.
Los mecanismos didácticos para la comprensión de los sistemas complejos en la educación tecnológica básica, al igual que en los sistemas más simples consiste en el ejercicio de ir abordando de afuera hacia adentro el sistema, identificando en primera instancia los subsistemas componentes. El próximo paso será el de identificar, en primer lugar, qué salidas tiene ese subsistema y por lo tanto qué 85
Arnold y Rodriguez, op cit. pag. 55, citando a Humberto Maturana El término más correcto es en realidad microcontroladores, ya que en escala muy reducida repiten la misma arquitectura (las mismas funciones) de una computadora común, adaptada a la necesidad de procesamiento del sistema que la usa, con un programa especializado para ello. 86
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funciones tiene que cumplir, para identificar después los insumos de entrada que hacen posibles esos productos y, por último, la interrelación entre las entradas y salidas de los distintos subsistemas. En la actividad que sigue, se propone un ejercicio a modo de ejemplo. Actividad Nº29
Complejidad y subsistemas
Docentes – EGB 3
Se puede proponer, como ejercicio didáctico: 1) describir los subsistemas que forman parte del “sistema automóvil” por ejemplo. Seguramente, en forma de “torbellino de ideas” aportarán entre otros: el de combustión, el eléctrico, el de frenado, el de dirección, el de velocidades, etc. Paso siguiente, 2) se podrán abordar los subsistemas del subsistema eléctrico: luces, encendido y arranque, aire acondicionado, sensores, sonido, bocina, etc. El límite estará dado por los propósitos del docente en cuanto al objeto de estudio. En una segunda instancia 3), el trabajo será el de determinar qué “productos” o “salidas”, (deseados o no), obtenemos de un automóvil (movimiento, calor, gases, vapor, ruido, residuos materiales, etc). Luego, qué “entra” para obtener esas salidas (agua, nafta, aire, aceite, conductor, etc). Y cuales de todas estas variables físicas, tanto de entrada como de salida, son materia, cuales energía y cuales información. En un tercer ejercicio buscaremos: 4) la conexión directa entre todas las “entradas”, llegando cada un a de ellas a cada uno de los subsistemas y las “salidas”, saliendo de ellos, corroborando que lo que sale es efectivamente, lo que entró transformado.
1)
Haciendo los diagramas de bloques correspondientes a los subsistemas obtendremos algo similar a esto: SISTEMA AUTOMÓVIL SUBSISTEMA ELÉCTRICO
SUBSISTEMA DE FRENADO
SUBSISTEMA DE SEGURIDAD
SUBSISTEMA DE DIRECCION
SUBSISTEMA DE COMBUSTIÓN
SUBSISTEMA DE CAMBIO DE VELOCIDADES
SUBSISTEMA ESTRUCTURAL
SUBSISTEMA DE ACCESOS
SUBSISTEMA DE MONITOREO DE VARIABLES Y EVENTOS
SUBSISTEMA DE CONFORT
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2)
Abordando un subsistema SUBSISTEMA ELECTRICO
Movimiento giratorio del motor
REGULADOR
ALTERNADOR
Corriente eléctrica alterna
Luces (Óptica)
Corriente eléctrica continua
2)
BATERÍA
Aire
Acondicionado Encendido
Sonido
El Automóvil, como caja negra (todas las entradas y salidas): SISTEMA AUTOMOVIL
AIRE (M)
Docentes – EGB3
ENTORNO MOVIMIENTO
(E)
AGUA (M)
CALOR (E)
NAFTA (M+E)
GASES (M)
CONDUCTOR (I) ACEITE (M)
RESIDUOS (M)
RUIDO (E)
ENTORNO
En todos estos casos estamos abordando ejemplos acerca de la dimensión técnica del objeto tecnológico, ya que no es el foco de este trabajo el análisis global del producto. Quedan pendientes en el área de Educación Tecnológica aparte del análisis sistémico, enfoques tan importantes como son: los socioculturales y económicos, los proyectuales (diseño, etc.), el análisis de los materiales, y procesos de obtención y fabricación, incluyendo la organización de los mismos, etc. (87)
Otro aspecto del abordaje de la complejidad, pueden ser no ya artefactos o máquinas complejas, sino, como se ha visto, procesos de transformación a lo largo de una red distribuida en lugares físicos diferentes.
87
Acerca de ello hay muchos trabajos realizados por quienes hicieron los diseños curriculares del área en el ámbito nacional y provincial, y aparecen sus lineamientos especialmente en los Contenidos Básicos Comunes para la EGB.
108
A continuación se presentan algunas actividades que proponen formas de abordar lo complejo con alumnos de distintos niveles:
El siguiente es otro trabajo práctico de aplicación del enfoque sistémico en un año del profesorado.
Actividad Nº30
Análisis sistémico de un proceso complejo
Docentes – EGB 3
“Traducir” el esquema de abajo, de la central eléctrica, a un diagrama de bloques funcionales representando cada dispositivo existente, como un bloque con: a) Sus entradas, sus salidas y qué entra y sale de los mismos (M, E y/o información), el tipo de cada uno de ellos, y el nombre y/o el proceso de transformación que dentro de cada uno de ellos ocurre
b) Representar gráficamente que tipo de corriente eléctrica fluye por los conductores en los puntos indicados A, B ó C.
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Esta es una parte de la resolución del ejercicio realizada por un alumno:
El siguiente es otro ejercicio de evaluación en 2do. año de escuela media, donde se evalúan los contenidos vistos mediante el enfoque sistémico de “redes de telecomunicaciones”.
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Actividad Nº31
Análisis sistémico de un proceso complejo
Docentes – EGB 3
Analizar el sistema de telecomunicación del diagrama de abajo mediante un diagrama de bloques funcionales representando cada subsistema existente, como un bloque con: Sus entradas, sus salidas y qué entra y sale de los mismos (M, E y/o Información), el tipo de cada uno de ellos, y el nombre y/o el proceso de transformación que dentro de cada uno de ellos ocurre.
Central Telefónica
Un muy importante descubrimiento paleontológico se acaba de realizar en Kenia. Se trata de unos huesos de un dinosaurio desconocido hasta el momento que aclararía algunos interrogantes sobre una rama desaparecida. Los científicos mandan a su universidad al otro lado del mundo la reconstrucción de su posible forma –en vida- a partir de los huesos, desde el mismo desierto con los medios a su alcance. La imagen da la vuelta al mundo hasta llegar a una computadora
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Bibliografía
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Buch, Tomás; Sistemas Tecnológicos, Contribuciones a una Teoría General de la Artificialidad; Aique Grupo Editor, Buenos Aires, 1999.
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