Entornos de simulación en Tecnología

Las aplicaciones de simulación, que proceden del campo de la ingeniería, son programas informáticos que permiten trabajar en un entorno virtual con entidades técnicas complejas, como las empleadas en los procesos industriales, como si de un entorno real se tratase y comprobar su funcionamiento. Estas aplicaciones son muy numerosas, pero quizá las más conocidas son las que simulan instalaciones de fluidos, circuitos eléctricos y electrónicos, estructuras resistentes, sistemas digitales o automatismos neumáticos, por ejemplo.

Uso industrial y educativo

Estas aplicaciones de simulación suelen recibir la denominación genérica de laboratorios virtuales y se utilizan para simular procesos industriales. El conocimiento de las leyes físicas y matemáticas que gobiernan el funcionamiento de los circuitos, mecanismos y estructuras es lo que permite simular en el entorno virtual el comportamiento del sistema físico homólogo.

Y, gracias a esta relación directa entre los sistemas técnicos, las leyes y principios físicos que explican su funcionamiento y los modelos matemáticas que los gobiernan, los laboratorios virtuales o entornos de simulación son un campo privilegiado para las actividades multidisciplinares en la enseñanza.

Ventajas

Las ventajas de los entornos de simulación o laboratorios virtuales son obvias:

• Economía: Un laboratorio virtual es mucho más económico que una instalación real. Los entornos virtuales no ocupan espacio ni utilizan recursos costosos. Ahorran mucho dinero porque permiten poner a prueba un proyecto técnico o industrial sobre una maqueta, antes de invertir dinero o de construir infraestructuras e instalaciones. Para un centro de Secundaria, un programa de simulación es una forma sencilla y económica de ampliar los recursos disponibles en los talleres y laboratorios.

• Abundancia de recursos: A diferencia del entorno real, en el que la instrumentación es siempre escasa, en el laboratorio virtual disponemos de una librería de instrumentos prácticamente inagotable: polímetros, osciloscopios, trazadores, medidores de presión, etc. La instrumentación virtual se comporta de modo idéntico a la instrumentación real. A menudo, incluso, los instrumentos virtuales funcionan mejor que los instrumentos reales, porque son instrumentos ideales que obedecen a las leyes físicas para representar las magnitudes que miden y están libres de los desajustes debidos al desgaste y a los efectos parásitos del entorno.

• Ensayos catastróficos: en un entorno de simulación se puede poner a prueba el comportamiento de un sistema técnico en situaciones límite, incluso pueden ensayarse situaciones catastróficas y comprobar el funcionamiento de los sistemas de protección. Estas simulaciones son una alternativa a los ensayos destructivos que, en ocasiones, siguen siendo necesarios.

• Utilidad formativa: Los laboratorios virtuales tienen una aplicación educativa inmediata, permiten la formación y el entrenamiento del personal técnico a bajo coste.

Adecuación al nivel

Muchos de los entornos virtuales utilizados en la industria son muy completos y complejos, tienen en cuenta multitud de factores y parámetros y son, por lo tanto, inadecuados para utilizarlos directamente en la enseñanza secundaria.

Sin embargo, hay versiones aligeradas de estos programas para uso educativo. Es el caso, por ejemplo, de LabView de National Instruments, que se ha adaptado para programar robots en el entorno Lego Mindstorms. Afortunadamente, en los últimos quince años, hemos conocido varios programas de simulación utilizables en nuestras clases de Tecnología de Secundaria. Sobre todo para ensayar el comportamiento de los circuitos eléctricos, como Edison o Crocodile.

Uso didáctico de los simuladores

Pero ¿cuál es la utilidad real de estos programas? ¿cómo y cuándo deben utilizarse? El asunto es interesante porque, por una parte, un entorno virtual soluciona la endémica escasez de medios en los laboratorios y talleres de Tecnología pero, por otra parte, no sabemos en qué medida el laboratorio virtual puede reemplazar a la manipulación, a la experiencia física con el entorno.

Para responder a estas cuestiones volvamos a los principios. Aprender es una tarea que consiste en construir y organizar significados. Esa tarea sólo puede ser llevada a cabo por el que aprende, partiendo de lo que ya conoce. Por poner el ejemplo de los sistemas mecánicos: ¿podemos enseñar mecánica utilizando sólo mecanismos simulados? Yo creo que no, sin una experiencia física previa las entidades que se muestran en el simulador carecen de significado.

Mi experiencia docente me dice que, de todas las máquinas simples, las más fáciles de asimilar por un niño son las palancas. Creo que la mayoría de los niños han acumulado muchas horas de experiencia sensorial, manejando juguetes con palancas y columpiándose en el parque infantil las que facilitan este aprendizaje. En cambio, es muy difícil que comprendan cómo funciona una polea diferencial porque su secreto estriba en una relación matemática.

La experiencia sensorial es imprescindible o, al menos, muy recomendable. Luego, esos conceptos se ampliarán con sistemas virtuales y la experimentación repetida en el simulador ayudará a comprender, por ejemplo, la relación existente entre el número de dientes de un engranaje y el par motor en el eje conducido.