Smart Labs Piano Scuola 4.0: guía para el diseño de los laboratorios

En estos días, todos los liceos y los institutos técnicos y profesionales italianos están llamados a presentar proyectos preliminares para la realización de aulas didácticas y laboratorios equipados como ambientes digitales innovadores para el aprendizaje.

De hecho, el capítulo del PNRR dedicado a la Educación, denominado Piano Scuola 4.0, cuenta con una dotación de más de mil quinientos millones de euros para innovar en sentido digital todo el sistema escolar superior, con especial atención al fortalecimiento de los Institutos Técnico-Profesionales, llamados a formar a las nuevas generaciones de técnicos especializados que requieren las empresas que han completado su transición 4.0.

Pero ¿qué son estos nuevos ambientes digitales, avanzados e innovadores para el aprendizaje?

¿Cuáles son los nuevos objetivos formativos y, sobre todo, cuáles son las tecnologías que deben preverse?

Para responder a estas y a muchas otras preguntas relacionadas, por ejemplo las relativas a los nuevos currículos, hemos decidido publicar una serie de artículos temáticos que constituyan una guía para los docentes y los directores escolares encargados de la realización de los proyectos relativos a la Scuola 4.0, replicando nuestra análoga iniciativa llevada a cabo con éxito con motivo del Bando Atelier Creativi del Miur en 2016.

Tras aquella iniciativa, las directrices que habíamos trazado y los proyectos piloto seguidos directamente por Chirale fueron adoptados como estándares de referencia por parte del INDIRE, ente de investigación del MIUR.

Desde entonces, el escenario ha cambiado totalmente, tanto a raíz de la evolución de las tecnologías y del mercado, como por los nuevos modelos de inversión que a nivel europeo caracterizan el PNRR.

En estos años hemos seguido acumulando nuevas experiencias en el sector de la formación y, sobre todo, hemos acompañado a muchas empresas en sus itinerarios de Transición Digital y conocemos muy bien la nueva demanda de figuras profesionales cualificadas, sin las cuales las empresas italianas nunca alcanzarán sus objetivos.

En este primer artículo daremos una panorámica general del problema y analizaremos los diferentes ámbitos posibles de diseño, en relación con el tipo de centro escolar, la orientación didáctica y los objetivos formativos.

En el Piano Scuola 4.0 se especifican ya en detalle tanto los objetivos generales de la línea de inversión denominada Smart Labs como las tecnologías que deben tenerse en cuenta en el equipamiento de los laboratorios.

Son estas últimas las que en general generan la mayor confusión en quienes por primera vez se disponen a diseñar ambientes didácticos digitales.

Partamos, pues, precisamente de las nuevas tecnologías, algunas de las cuales han saltado de repente a la actualidad en los últimos días y están teniendo un impacto inesperado precisamente en la escuela.

Probablemente los propios redactores del Piano Scuola 4.0, durante la preparación del documento, no imaginaban que pocos meses más tarde ChatGPT, una Inteligencia Artificial accesible gratuitamente para todos, sería capaz de realizar una prueba de examen como, por ejemplo, una redacción de Italiano o un ejercicio de coding.

Mientras en todo el Mundo se debate si y cómo prohibir este tipo de tecnologías para evitar que tareas en casa y pruebas en clase sean confiadas a un autómata, hay que pensar en cómo aprovechar de manera positiva estas herramientas, que inevitablemente tendrán una difusión enorme en el mundo del trabajo.

Estamos sin duda ante la nueva innovación de tipo revolucionario después de la invención del Personal Computer.

Pero procedamos por orden.

El Piano Scuola 4.0 cita varias categorías de tecnologías y herramientas que desde hace tiempo son objeto de adopción en el ámbito didáctico. Cada categoría puede asumir importancia tanto como herramienta puramente didáctica, es decir, dirigida a facilitar, apoyar y reforzar los procesos de enseñanza/aprendizaje, como en cuanto argumento mismo del proceso formativo, en su calidad de herramienta o tecnología empleada en el mundo del trabajo.

A continuación se ofrece una primera panorámica de las tecnologías a considerar en el proyecto de un laboratorio innovador.

• Robótica y Automatización

  La Robótica se utiliza desde hace tiempo como herramienta pedagógica en el ámbito de la didáctica laboratorial, con el objetivo de estimular y desarrollar las aptitudes para la lógica y el coding. En nuestro caso es útil distinguir entre Robótica Educativa, correspondiente a la acepción anterior, y Robótica Industrial, que es uno de los temas en los que es necesario desarrollar competencias cada vez más demandadas en el mundo del trabajo.

  La tecnología que más caracteriza el escenario actual es la de la denominada Robótica Colaborativa. Se trata de una nueva generación de máquinas, llamadas Cobots (Collaborative robots), diseñadas para trabajar junto a los operadores humanos, dirigidas a un público de empresas muy amplio, que incluye también microempresas y empresas artesanas, potenciadas con sensores y software de Inteligencia Artificial, capaces de desarrollar trabajos repetitivos incluso complejos.

  El coste de adquisición e instalación de los cobots es cada vez más bajo y las modalidades de uso no requieren especializaciones técnicas particulares y, por este motivo, su penetración en el mercado será muy extensa en los próximos años.

• Inteligencia Artificial

  Es sin duda la tecnología destinada a tener el mayor impacto en todos los sectores.

  Las competencias que deben desarrollarse en relación con la Inteligencia Artificial atañen tanto al coding y a la capacidad de comprender y realizar algoritmos de machine learning, como a la capacidad de utilizar provechosamente las nuevas herramientas que comienzan a ser cada vez más pervasivas en el mundo del trabajo.

  Se trata de una tecnología transversal aplicable a ámbitos muy diferentes entre sí. Si en el pasado la tecnología y la automatización causaron la desaparición de los puestos de trabajo ligados a actividades manuales y repetitivas, las nuevas herramientas basadas en las tecnologías de machine learning están poniendo en riesgo también profesiones intelectuales y creativas que hasta hace muy poco se consideraban a salvo de la automatización.

  El diagnóstico por imágenes confiado a la computer vision empieza a ser más eficaz que el proceso diagnóstico confiado exclusivamente a seres humanos. Las nuevas inteligencias artificiales generativas son capaces de crear imágenes con calidad fotográfica, dibujos, textos y artículos enteros de periódico, con calidad comparable a la de grafistas, diseñadores y copywriters de nivel medio.

  Es necesario repensar el concepto de creatividad y favorecer el desarrollo de competencias que definan nuevas figuras profesionales que sepan aprovechar estas tecnologías según el paradigma de la Inteligencia Aumentada.

  El proceso de búsqueda de la información y de las fuentes, típico de muchas actividades intelectuales, puede ser redefinido y potenciado por estas nuevas herramientas.

  La Inteligencia Artificial ofrece enormes oportunidades en el ámbito pedagógico pero requiere un cambio de mentalidad importante por parte de docentes, estudiantes y padres.

• Cloud Computing

  Se trata de un ámbito tecnológico ya ampliamente utilizado en la escuela. La infraestructura de los nuevos laboratorios deberá tener en cuenta este paradigma de acceso a las aplicaciones y a las herramientas informáticas en mayor medida aún de lo que ha ocurrido hasta ahora.

  Además del uso clásico de las numerosas herramientas de uso compartido y colaboración, a través del Cloud Computing es posible acceder a tecnologías de última generación, como por ejemplo el Quantum Computing o el Cálculo de Altas Prestaciones para el Machine Learning (acceso a sistemas TPU – Tensor Process Unit).

• Ciberseguridad

  Se trata de un tema muy actual y cada vez más importante.

  La seguridad de los sistemas es un elemento que debe obligatoriamente considerarse en el proyecto de la infraestructura de laboratorio, pero debe ser también uno de los temas en los que concentrar el esfuerzo pedagógico.

  La pervasividad de los ordenadores y de las tecnologías de telecomunicaciones requiere que cada uno, independientemente del rol social que desempeñe, sea consciente y competente en los temas de la ciberseguridad.

  Los formadores se enfrentan a una disciplina delicada y crítica. Si por un lado la implementación de políticas de prevención y mitigación de los riesgos requiere el conocimiento adecuado, la difusión de ese mismo conocimiento aumenta la probabilidad de un uso malintencionado.

  Es un problema característico de nuestro mundo moderno y para el que existen best practices consolidadas que deben aplicarse también en el ámbito escolar.

• Internet de las Cosas

  La pervasividad de los microcontroladores y la difusión capilar de la conectividad a Internet ha favorecido el desarrollo de este paradigma, y nuestro día a día está poblado por objetos que recogen e intercambian información, incluso de manera no siempre transparente y controlada.

  El Internet de las Cosas adquiere importancia en la Transición Digital de las empresas, en su acepción de Industrial Internet of Things (IIoT).

  La distribución en el entorno (local, industrial, urbano, geográfico, …) de dispositivos capaces de recoger información y parámetros a través de sensores y, eventualmente, ejecutar acciones de control sobre máquinas e instalaciones es una configuración cada vez más utilizada en muchos contextos, desde la monitorización ambiental hasta el control de plantas industriales.

  Tradicionalmente asociado al Cloud Computing, el IoT ha evolucionado hacia configuraciones de Edge Computing y Tiny Machine Learning. En ambos casos, el procesamiento de los datos se realiza en los dispositivos periféricos, aligerando el volumen de datos transmitido a los sistemas centrales.

  Los sistemas distribuidos a escala geográfica pueden aprovechar protocolos de comunicación de nueva generación, como LoRaWAN, más sostenibles y económicos respecto a la tradicional conectividad por red telefónica móvil.

  Las competencias en comunicaciones de datos y en sistemas IoT son ya fundamentales, en un mundo cada vez más interconectado.

• Making, Modelado e Impresión 3D/4D

  Las tecnologías de impresión 3D entraron en la escuela a partir de 2014 a raíz de la ola de popularidad mediática del movimiento maker.

  El valor pedagógico de la impresión 3D ha sido ampliamente demostrado y ha sido el principal factor que ha vuelto a poner en valor la didáctica laboratorial basada en el paradigma del Learn By Doing.

  A nivel general, la difusión de la impresión 3D ha influido en el lenguaje del diseño industrial.

  Hoy nos encontramos ante una tecnología en plena fase de madurez. Se han realizado importantes progresos en las tecnologías de impresión y en el desarrollo de nuevos materiales.

  En el diseño de un laboratorio destinado a la formación es necesario prestar especial atención a esta tecnología, evitando productos y soluciones que ya resultan anticuados y ligados al modelo maker.

  La Impresión 3D debe verse como una de las tecnologías de producción a baja escala y de prototipado rápido para combinar con las demás herramientas de fabricación digital, como el corte láser, la fresadora CNC y la impresión UV, que hoy revisten igual importancia tanto en el ámbito didáctico como industrial.

• Realidad aumentada y virtual

  El desarrollo del hardware GPU (Graphics Processing Unit), estimulado por la exigencia de prestaciones cada vez más elevadas en los sectores del rendering gráfico real time, machine learning y minería de criptomonedas, ha permitido el desarrollo de visores en realidad virtual y realidad aumentada, ergonómicos, funcionales y confortables para la mayoría de las personas.

  Las actuales plataformas de rendering gráfico en tiempo real permiten realizar a costes contenidos aplicaciones inmersivas.

  Didáctica y entretenimiento son los dos sectores más influenciados.

  En los últimos años, la realidad aumentada ha empezado a prevalecer sobre la realidad virtual y la mayor parte de las mejores aplicaciones, tanto en el ámbito didáctico como industrial, pueden ya definirse como de realidad mixta.

  Se trata de una tecnología transversal, irrenunciable, para cualquier ambiente interactivo dedicado al aprendizaje, tanto por la eficacia intrínseca en el campo pedagógico como por la creciente importancia que esta tecnología está adquiriendo en la industria.

• Economía digital y blockchain

  La tecnología blockchain ha tenido su momento de máxima atención mediática en los últimos años. En 2023 parece prevalecer la desilusión sobre todo hacia el sector de las criptomonedas, fuertemente vinculado a esta tecnología.

  En realidad se trata de un correcto reajuste de las expectativas. Es indudable, no obstante, que la tecnología Blockchain será un ingrediente importante sobre todo en el ámbito de la denominada economía digital.

  El Metaverso, otro tema que ha vivido un injustificado periodo de hiperatención mediática, está empezando a perfilarse como extensión natural de la Web. El incremento de las transacciones que se producen a través de la red Internet sigue siendo una tendencia constante.

  Estimular el desarrollo de competencias en el ámbito del concepto más amplio de economía digital debería ser uno de los objetivos formativos a tener en adecuada consideración.

Como se ve por esta sencilla enumeración de ámbitos tecnológicos, el escenario relativo al diseño de ambientes destinados al aprendizaje es mucho más complejo y articulado respecto al modelo utilizado en el diseño e implementación de laboratorios al estilo fab lab, que era considerado a partir de 2015 el “golden standard” para los laboratorios didácticos.

Respecto a entonces, el mundo de la empresa ha cambiado radicalmente, el fenómeno de la deslocalización de la producción ha terminado y ha comenzado la fase del denominado reshoring, es decir, la relocalización en territorio nacional de la producción; las supply chains, que en el periodo pandémico mostraron toda su debilidad, han sido redefinidas; la Transición Digital está en pleno desarrollo y la automatización por primera vez afecta también a las microempresas y a las actividades artesanales.

Las competencias requeridas para insertarse en el mundo del trabajo están cada vez más conectadas con lo digital. Todo ello tiene un impacto importante en el proyecto de los nuevos ambientes escolares dedicados al aprendizaje.

Los nuevos laboratorios deberán estar respaldados por una mayor presencia de las tecnologías ICT.

Todas las tecnologías de referencia requieren importantes capacidades de procesamiento de datos. Las dotaciones en términos de ordenadores, tanto personal como server, la infraestructura de comunicación interna (LAN) y el acceso a la red Internet en banda ultraancha son los primeros puntos en los que concentrar la atención.

En 2016 fue posible equipar laboratorios innovadores aprovechando las máquinas desktop de fabricación digital y el modelo Fab Lab, con un uso muy limitado de ordenadores personales y con accesos de tipo ADSL a la red Internet, requeridos a menudo solo en las fases de configuración y actualización de los equipos.

Hoy, sea cual sea la vocación del laboratorio que estamos llamados a diseñar, una infraestructura ICT caracterizada por altas capacidades de procesamiento y acceso ultrarrápido a la red Internet es una condición necesaria para poder garantizar su efectiva eficacia.

Una vez garantizada la presencia de una adecuada infraestructura, se puede pasar a la fase de diseño propiamente dicha.

En esta sede, ofreceremos un cuadro general de la metodología de diseño, indicando cuáles son las fases y las macro actividades a seguir.

Cada uno de los puntos será analizado y tratado en los sucesivos artículos que tenemos previsto publicar en las próximas semanas.

• Identificación de los objetivos formativos generales

  El Piano Scuola 4.0 atañe tanto a los liceos como a los Institutos Técnico-Profesionales. Las finalidades de las dos categorías de centros son diferentes y tales diferencias deberán caracterizar el proyecto del laboratorio.

  No por casualidad, las dotaciones económicas previstas para los Institutos Técnico-Profesionales son mayores respecto a las previstas para los Liceos.

  La reforma del sistema de los Institutos Técnico-Profesionales es uno de los pilares centrales del PNRR. Se trata de centros destinados a formar la nueva generación de técnicos que entrarán de inmediato en el mundo del trabajo, respondiendo a la fuerte demanda de skills especialistas verticales, creada por el proceso generalizado de digitalización de las empresas.

  El Smart Lab, en este caso, deberá ser similar a un laboratorio de investigación aplicada e industrial y prever instrumentos y dotaciones de tipo industrial.

  En el caso de los Liceos, el objetivo es formar a estudiantes que entrarán en el mundo universitario y estarán destinados a profesiones que podrán incluir la investigación científica y el trabajo intelectual.

  En este caso, el laboratorio deberá prever dotaciones e instrumentos más orientados a la investigación científica y al estudio.

  En muchos casos las tecnologías empleadas serán las mismas, pero la elección de las configuraciones deberá reflejar la diferencia de los distintos currículos que caracterizan las respectivas ofertas formativas.

  En algunos casos podrá haber una presencia de tecnologías diferentes. Por ejemplo, el acceso a los nuevos computadores cuánticos, todavía no suficientemente potentes para ser de interés práctico para las empresas, ofrece por primera vez en la historia la posibilidad de llevar a cabo experimentos de mecánica cuántica sin tener que disponer de un acelerador de partículas o de importantes equipos de laboratorio. Se trata de una importante oportunidad para los estudiantes de los liceos que debería considerarse en el diseño de los servicios ofrecidos por los nuevos laboratorios.

• Análisis del territorio de referencia y de la vocación específica del Centro de Formación

  Cada Centro Escolar tiene su propio ámbito territorial de referencia. Sobre todo en el caso de las escuelas Técnico-Profesionales, el tejido empresarial local debería ser la principal referencia para el diseño de los currículos y, en consecuencia, de los ambientes innovadores de aprendizaje.

  También hay que considerar que el laboratorio puede ser sede de eventos e iniciativas realizados en colaboración con las empresas del territorio.

  La presencia de distritos industriales y la vocación histórica específica de cada Centro deberían ser el punto de partida sobre el que basar el diseño del laboratorio.

• Identificación de los objetivos formativos, de los currículos de referencia y de las competencias del cuerpo docente

  En cuanto ambiente destinado al aprendizaje, el laboratorio debe ser una herramienta pedagógica orientada al tipo de objetivo formativo que se pretende perseguir y debe ser utilizable por el cuerpo docente.

  El proyecto del laboratorio debe formar parte de un proyecto más amplio de reformulación de la oferta formativa.

  Las competencias del cuerpo docente y las correspondientes capacidades de utilizar las tecnologías y los instrumentos con que se equipará el laboratorio deberán tenerse en debida consideración, previendo, si fuera necesario, un plan de formación para los propios docentes, a llevar a cabo aprovechando el propio laboratorio, con el apoyo de expertos externos.

• Selección de las tecnologías y de las dotaciones

  La elección de tecnologías, máquinas, equipos e instrumentos debería estar siempre correlacionada con los objetivos y con el plan general de definición de la oferta formativa, identificados en la fase anterior.

  Uno de los errores más frecuentes en el diseño de los laboratorios escolares es la elección de máquinas, instrumentos o equipos de laboratorio, en sí avanzados e innovadores, pero desconectados de la efectiva oferta formativa, solicitados por docentes entusiastas de las nuevas tecnologías, con un perfil de early adopters, que ven en ocasiones como la ofrecida por las inversiones del Piano Scuola 4.0 la oportunidad de experimentar personalmente innovaciones que tienen gran atención mediática, sin valorar su utilidad real en el contexto específico.

  Se trata de un error costoso, que distrae recursos importantes que deberían asignarse de forma más útil para la consecución de los objetivos didácticos.

• Dimensionamiento de los instrumentos y diseño del layout del laboratorio

  Se trata de la fase final del proyecto del laboratorio.

  Una vez claros currículos, objetivos didácticos, contexto externo e interno de referencia, sobre la base de los vínculos ambientales, logísticos y de presupuesto, se puede pasar al dimensionamiento de los distintos instrumentos, seleccionando productos, máquinas y equipos en el ámbito de la oferta de mercado, eligiendo los modelos y las configuraciones en función de los requisitos identificados.

  En esta fase se diseña el layout de los espacios y se producen los dibujos técnicos y los eventuales renderings que servirán para guiar la sucesiva fase de adecuación de los ambientes y de equipamiento del laboratorio.

  El uso de tecnologías inmersivas AR y VR en esta fase puede ser muy eficaz para previsualizar y simular el laboratorio.

  Si en esta fase se dispone de instrumentos adecuados, la creación de un modelo virtual 3D del laboratorio puede ser ya una actividad a realizar junto a los estudiantes, experimentando un paradigma que se vuelve cada vez más extendido en el ámbito industrial: la definición del gemelo digital de una estructura o de una instalación.

• Definición de los pliegos de suministro y gestión de las licitaciones

  El presupuesto asignado a cada Centro por el Piano Scuola 4.0 permite procedimientos de adquisición que no requieren licitaciones europeas. No obstante, el proceso deberá gestionarse en pleno respeto del Código de los Contratos Públicos.

  Esta fase es particularmente crítica, ya que es necesario conciliar las exigencias de calidad de la entidad contratante con los criterios de economicidad previstos por el código de contratos.

  Nuestra recomendación es la de utilizar procedimientos restringidos, diseñando con atención la subdivisión de la licitación en lotes que permitan identificar fácilmente una serie de proveedores fiables y especializados en sus respectivos ámbitos.

  El apoyo de una sociedad de consultoría independiente, como la nuestra, en esta fase puede ser fundamental. La ausencia de acuerdos de distribución y reventa y la vocación exclusiva en las actividades de investigación, formación, diseño y consultoría garantizan la independencia tanto respecto a los distintos vendors tecnológicos como respecto a los numerosos distribuidores y revendedores que operan en Italia.

• Equipamiento, pruebas y puesta en marcha

  Se trata de la fase final y ejecutiva del proyecto, durante la cual los suministros deberán verificarse y validarse cuidadosamente, el laboratorio se equipará y se pondrán en marcha los primeros proyectos piloto, eventualmente precedidos por programas de formación dirigidos al cuerpo docente.

  También en esta fase el apoyo de una empresa de consultoría independiente de los proveedores puede ser un elemento determinante para gestionar eventuales litigios y asegurar una puesta en marcha fluida del laboratorio.

En los próximos artículos, profundizaremos en los puntos que acabamos de delinear.

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