Aumenta y apresura la capacidad de trabajo de los alumnos
Provee acceso a fenómenos que serían muy difíciles o imposibles de observar de otra forma en una escuela primaria normal
Ayuda a la experimentación porque proporciona una retroalimentación visual inmediata
Enfoca la atención de los alumnos en aspectos poco obvios y resalta así conceptos abstractos
Propicia el aprendizaje colaborativo y autorregulado
Aumenta la motivación y el compromiso de los alumnos.
A continuación se presentan algunas de las aplicaciones de realidad aumentada que han incursionado en la educación y que han obtenido mayor popularidad.
Anatomy 4D: es una aplicación para dispositivos móviles IOS y Android. Su objetivo es permitir a los estudiantes de todo el mundo aprender la anatomía de forma rápida y precisa, en cualquier lugar y a cualquier hora. Su diseño permite que la puedan utilizar desde estudiantes de colegio hasta profesionales de la medicina. Esta aplicación fue desarrollada con el SDK de Vuforia en conjunto con Unity3d, en la Figura 1 se puede apreciar un ejemplo de la aplicación.
Sesame Street: permite a los niños usar un teléfono inteligente como un ojo digital en ambientes reales para encontrar, identificar y aprender acerca de las palabras de su entorno, con lo que ayuda a una mayor comprensión de su significado mediante la exposición de los niños a ellas en contextos familiares. En la Figura 2 se puede ver una imagen de esta aplicación.
Por último está la revista médica Neurosurgery, revista oficial del Congreso de Cirujanos Neurológicos, que publica más de 3.000 páginas de contenido cada año y utiliza la realidad aumentada para dar al lector una mejor compresión de los artículos publicados en la revista.
La RA puede ser considerada como una de las muchas formas de software educativo, el cual se define como programas de computación realizados con el objetivo de ser empleados en la mejora de los procesos de enseñanza y, consecuentemente, de aprendizaje. Existen varias clasificaciones de software educativo: por tipo de aplicación, por su función educativa o por su fundamentación educativa, pero independientemente de esto, deben poseer ciertas características para que pueda ser considerado educativo (Tabla I) [15].
]]> 3. Metodología
Dado el carácter multidisciplinar del proyecto, fue necesario analizar varias metodologías que permitieran establecer una guía con respecto a cada uno de los componentes conceptuales que lo integran, lo cual dio como resultado el uso de tres metodologías: la primera es Scrum, usada para el desarrollo del software de una manera ágil y rápida [16]; la segundo es AODDEI (Análisis, Obtención, Diseño, Desarrollo, Evaluación, Implementación) para el desarrollo de la parte pedagógica [17]; y por último está el modelo TAM (Technology Acceptance Model), que predice cómo los usuarios aceptan y utilizan una herramienta tecnológica [18]. En la Tabla II se describe cómo se integran estas metodologías.
Como se puede apreciar, las tres metodologías se descompusieron en cinco fases, que se describen a continuación con las actividades necesarias para el desarrollo del proyecto:
Requerimientos: para el desarrollo del software se establece el Product Backlog, el cual contiene todas las tareas necesarias. En cuanto a TAM, es necesario definir las variables que se utilizarán para la validación del modelo.
Análisis y diseño: esta fase es compartida tanto por Scrum como por AODDEI; lo que se hace es planificar las tareas que se realizan en las iteraciones definidas en Scrum, así como la elección del material didáctico educativo para la aplicación de RA.
Implementación: se realizan las tareas definidas en el Sprint Backlog de la aplicación de RA, así como la elaboración del material didáctico que no se haya podido obtener; al finalizar cada iteración se hará el Sprint Review para revisión del producto.
Pruebas: se realizan las pruebas de la aplicación antes de realizar el Sprint Retrospective, una vez finalizado el software, al mismo tiempo que se hará la validación de la tecnología con el modelo TAM.
4. Descripción de la solución
La aplicación se utilizará como una herramienta para ofrecer una perspectiva más realista de algunos contenidos como talleres del libro de ciencias naturales elegido; de esta forma, el estudiante podrá percibir más información de un contenido tridimensional digital que en un escenario real, y a su vez podrá resolver con mayor facilidad los talleres planteados. En la Figura 3 se puede ver el modelo conceptual de la aplicación, con cada uno de los módulos que van a ser creados o están en desarrollo, seguido de la descripción y funcionamiento.
]]>
En primer lugar se encuentra la aplicación móvil desarrollada en Android, la cual será de uso enteramente para los estudiantes y poseerá dos módulos: el primero será de autenticación y registro de usuarios, el segundo será el de realidad aumentada, encargado de mostrar los modelos en 3D y demás contenidos multimedia en la pantalla del dispositivo. Esto es posible gracias a que el SDK Vuforia permite capturar una imagen e identificar si hay algún elemento utilizado como marcador; si el contenido es un modelo en 3D, se visualizará inmediatamente, puesto que ya se encuentra almacenado en el dispositivo para dar un mejor rendimiento. En caso de que sea cualquier otro contenido multimedia, se establecerá una comunicación hacia los servicios web por medio de JavaScript con el fin de recuperar del servidor dichos recursos y presentarlos al usuario, en este caso el estudiante.
Estos servicios web además de obtener los contenidos multimedia del servidor, también serán los encargados de consultar y almacenar la información del sistema en general a través de una conexión directa a la base de datos, lo que permitirá que en un futuro se pueda interactuar con otras aplicaciones, de ser necesario. Dichos servicios web están creados bajo la arquitectura Representational State Transfer (REST) para dar una mayor flexibilidad y escalabilidad.
Por otro lado, se encuentra la aplicación web destinada a los docentes; su principal objetivo es servirle al profesor como fuente primaria de información acerca del manejo de la aplicación móvil por parte de sus estudiantes, puesto que le permitirá consultar indicadores de uso y avance. Otra de sus funcionalidades es la gestión de los contenidos, es decir, los docentes pueden agregar nuevos contenidos que consideren útiles, como videos, imágenes o audios.
La aplicación web se encuentra dentro del servidor Glassfish junto con los servicios web, y al igual que estos también tendrá una conexión a la base de datos del sistema para que el docente pueda consultar la información de sus estudiantes.
En la Figura 4 se puede apreciar la arquitectura de la aplicación, donde se visualiza más claramente la comunicación entre módulos y tecnologías.
Por último se describen las tecnologías usadas para el desarrollo de este proyecto, las cuales son:
Lenguaje de Programación: son tres, el primero es Java EE 6 para la aplicación web que mejora significativamente la productividad del desarrollador, presenta un perfil web ligero para aplicaciones web e incluye las últimas versiones de tecnologías como JAX-RS 1.1, JavaServer Faces(JSF) 2.0, Enterprise JavaBeans (EJB) 3.1, Java Persistence (App) 2.0, Context and Dependency Injection (CDI) 1.0 y mucho más. El segundo es Android, ya que es de código abierto y permite llegar a una mayor cantidad de dispositivos. Y por último, JavaScript, el cual es un lenguaje de programación interpretado muy poderoso y popular para la web y que permite mejoras en la interfaz de usuario y páginas web dinámicas.
Servidor de aplicaciones: GlassFish es un servidor de aplicaciones de código abierto compatible con Java EE, listo para funcionar en entornos de producción. GlassFish v3 proporciona una pequeña base con todas las funciones para la implementación de Java EE 6.
]]> Motor de RA: Vuforia es un software developer kit (SDK) para el desarrollo de aplicaciones de RA que usa la pantalla de los dispositivos móviles como lente "mágico" para hacer coexistir el mundo virtual con el mundo real. Permite el reconocimiento de imágenes y objetos del mundo real de una manera fácil y sencilla.Game Engine: Unity 5 es una plataforma de desarrollo poderosa y flexible para la creación de juegos y experiencias interactivas en 2D y 3D. Unity es similar a motores de juegos como Blender, Virtools y Torque Game Builder, pero se destaca por su robustez y sencillez.
Base de datos: PostgreSQL es un sistema de gestión de bases de datos objeto-relacional, distribuido bajo licencia BSD y con su código fuente disponible libremente. Es el sistema de gestión de bases de datos de código abierto más potente del mercado. Utiliza un modelo cliente/servidor y usa multiprocesos en vez de multihilos para garantizar la estabilidad del sistema.
5. Resultados
Debido a que el presente proyecto aún se encuentra en fase de desarrollo, este artículo pretende presentar los avances alcanzados hasta la fecha con respecto de la aplicación móvil de RA y el modelo de evaluación que se utilizará para medir el impacto del software.
5.1. Aplicación móvil
Los resultados obtenidos hasta el momento con respecto a la aplicación móvil de realidad aumentada consisten en el módulo de registro y autenticación (Figura 5).
En la Figura 6 se aprecia la interfaz principal de la aplicación en la cual se encuentra un menú de opciones, además se habilita la cámara para que el usuario pueda escanear un marcador cualquiera.
]]> Adicionalmente también se implementó el sistema que escanea los marcadores del libro guía y muestra el respectivo contenido. En la Figura 7 se puede ver el modelo en 3D de una ballena.
En la Figura 8 se puede apreciar otro de los modelos en 3D, que corresponde a una mariposa agitando las alas.
Por último, en la Figura 9 se presenta el módulo de datos personales de la aplicación web donde el docente puede consultar y modificar sus datos así como el de sus estudiantes.
5.2. Modelo de evaluación
Para medir el impacto de la aplicación tanto en estudiantes como docentes se planteó usar una extensión al modelo TAM [18], para ello se aplicarán encuestas que midan la percepción del usuario con respecto a dos tipos de variables (dependientes e independientes).
Dentro de este modelo extendido se encuentran cuatro variables independientes: la primera es la utilidad estimada (EU), la cual deberá ser establecida por evaluadores externos; la segunda es la facilidad de uso percibida (PEOU), que indica el grado en que una persona cree que podrá usar un sistema sin realizar ningún esfuerzo; la tercera es la intención hacia el uso (BI), que consiste en el grado en el que una persona ha formulado planes conscientes para desarrollar (o no) alguna conducta futura; y la cuarta es el uso (U).
Por otro lado, las variables independientes son tres, las cuales permiten determinar la facilidad de uso de percibida: la primera es la afectividad frente al sistema, la segunda es autoeficacia con respecto al sistema y la tercera es la experiencia usando el sistema.
]]> Como ya se mencionó, estas variables serán medidas a través de la aplicación de encuestas según el modelo extendido de TAM, el cual indica qué aspectos se deben tener en cuenta al momento de formular las preguntas que evalúan cada variable, y así mismo señala que se debe hacer una validación de la encuesta antes de aplicarla a los usuarios reales con el fin de obtener feedback. En la Figura 10 se ilustra el modelo de evaluación:
Este modelo de evaluación será aplicado a los estudiantes utilizando la estrategia de grupos de control y grupo experimental, donde al primer grupo se le impartirán los temas de clase como se realiza normalmente, mientras que al segundo grupo se le dará acceso a la herramienta y a los cuestionarios que se elaborarán para definir el porcentaje de éxito de la aplicación.
Puesto que este proyecto aún se encuentra en fase de desarrollo, los esfuerzos a los que nos encaminaremos en los próximos meses serán a la culminación exitosa de software y a la realización de las respectivas pruebas bajo el modelo de evaluación explicado. Una vez se hayan culminado estas fases, se procederá a realizar el proceso de feedback o retroalimentación con el fin de implementar este proyecto en una escala mayor.
6. Conclusiones
Debido a que la aplicación aún se encuentra en etapa de desarrollo, no es posible tener resultados acerca del uso e impacto del software en la población que se seleccionará, sin embargo se presentan algunas observaciones que nos parecen útiles con el fin de guiar a otros investigadores que trabajen en temas o tecnologías similares.
Al momento construir los servicios web nos enfrentamos a dos alternativas, utilizar SOAP o REST. Las dos tecnologías poseen sus ventajas, pero se decidió implementar servicios web basados en REST por su sencillez a la hora al momento de implementarlos, además de que permite utilizar JSON, una forma de comunicación más rápida que XML.
En una etapa inicial del proyecto no se contempló la idea de usar JavaScript, pero a medida que el desarrollo fue avanzado, se encontró que la invocación de los servicios web a través de la aplicación móvil realizada sobre Android era bastante compleja. Utilizando JavaScript pudimos simplificar este proceso.
Durante el desarrollo de la aplicación web se encontró que para poder crear un módulo que permita gestionar los contenidos multimedia, el docente debería estar en capacidad de crear nuevos marcadores, para lo cual necesitaría previa capacitación en el uso de determinadas herramientas de desarrollo, lo cual no es objetivo de este proyecto, por consiguiente se debe replantear la forma en que los docentes puedan agregar nuevo material.
La utilización de TAM como modelo de aceptación nos permitirá predecir cómo será la utilización de este software por parte de los usuarios, además, el hecho de utilizar una versión modificada nos permite simplificar el modelo, y reducir tiempo y costos en el momento de obtener los resultados de investigación definitivos.
]]> Por último, se pudo apreciar que en los últimos años se ha producido un gran avance con respecto a la inclusión de nuevas tecnologías en el aula de clase con el fin de apoyar los procesos de enseñanza-aprendizaje, así como un cambio en las actitudes y aptitudes de los estudiantes frente a cómo reciben sus clases, por lo que es necesario que los procesos educativos en la escuela se adapten a estos cambios con el fin de incentivar en el alumno el interés por aprender. Tales cambios deben ser impulsados por los docentes, puesto que estudios previos han demostrado que son ellos quienes por medio de las nuevas herramientas mejoran la experiencia educativa de sus alumnos.7. Trabajo futuro
Una vez este proyecto quede concluido, se puede pensar en hacer una implementación o adaptación a otros dispositivos más allá de los smartphones o tabletas, por ejemplo, en tecnologías emergentes como Google Glass, HoloLens de Microsoft, o incluso llegar a plantear proyectos con realidad virtual utilizando el dispositivo Oculus Rift, donde podríamos simular perfectamente un laboratorio completo de física o química, a muy bajos costos, lo cual es muy posible con la arquitectura que se plantea actualmente. Este proyecto es solo una muestra del potencial que poseen estas tecnologías, la punta del iceberg de lo que se podría lograr.
Referencias
1. Ministerio de Tecnologías de la Información y las Comunicaciones, "En Tic Confio," Ministerio de las TIC, disponible en: http://www.enticconfio.gov.co/index.php/usosincreibles/39.html. [ Links ]
2. A. Silva, J. C. Ponce, F. álvarez, J. Muñoz y C. Collazos, "Red iberoamerica para disminucion de la brecha digital de población vulnerable a través de estrategias de contenidos multiculturales (REDUCE)," LACLO, Volumen 4, Número 1, 2013, pp. 1-10. [ Links ]
3. A. Henao y L. González, "Elaboración de un ambiente virtual colaborativo usando eXe Learning para la enseñanza de ciencias naturales," Ventana Informática, Número 31, 2014, pp. 115-130. [ Links ]
]]>4. á. Vázquez y M.. Manassero, "La selección de contenidos para enseñar naturaleza de la ciencia y tecnología (parte 1): Una revisión de las aportaciones de la investigación didáctica," Revista Eureka sobre Enseñanza y Divulgación de las Ciencias, Volumen 9, Número 1, 2012, pp. 2-31. [ Links ]
5. L. Cortés, M. Gómez, J. Calvo, M. Martínez y M. Gil, "Expectativas, necesidades y oportunidades de los maestros en formacion ante la enseñanza de las ciencias en la educación primaria," Enseñanza de las Ciencias, Volumen 3, Número 30, 2012, pp. 155-176. [ Links ]
6. E. Asencio, "Una alternativa didáctica para el perfeccionamiento del proceso de enseñanza-aprendizaje de las ciencias," Revista Iberoamericana de Educación, Número 58, 2012, pp. 81-97. [ Links ]
7. G. Möenne, M. Verdi y E. Sepúlveda , "Enseñanza de las ciencias con uso de TIC en escuelas urbano marginales de bajo rendimiento escolar," en IX Taller Internacional de Software Educativo, Santiago, Chile, 2014. [ Links ]
8. C. Hernández, "Aproximación a un estado del arte de la enseñanza de las ciencias en Colombia," en La investigación educativa y pedagógica en Colombia, Bogotá, Colciencias – Socolpe, 2011, pp. 1-71. [ Links ]
]]>9. M. Solarte, "Análisis de contenidos en los textos escolares de ciencias naturales, aplicando la teoría de la transposición didáctica," EDUCyT, Volumen 1, Número 1, 2010, pp. 175-188. [ Links ]
10. MinTIC, "Tabletas para Educar," disponible en http://micrositios.mintic.gov.co/tabletas/que-es. [ Links ]
11. J. Tovar y G. García, "Investigación en la práctica docente universitaria: obstáculos epistemológicos y alternativas desde la Didáctica General Constructivista," Educ. Pesqui., Volumen 38, Número 4, 2012, pp. 881-895. [ Links ]
12. J. Andújar, A. Mejías y M. Márquez, "Augmented Reality for the Improvement of Remote Laboratories: An Augmented Remote Laboratory," Education, IEEE Transactions on, Volumen 54, Número 3, 2011, pp. 492-500. [ Links ]
13. Daqri 4D Studio, "Anatomy 4D," Disponible en: http://www.4danatomy.com/ [ Links ]
14. Sesame Workshop, "Sesame Street, " Disponible en: http://www.sesamestreet.org/ [ Links ]
15. E. Ascheri, R. Pizarro, G. Astudillo, P. Garcia y M. Culla, "Software educativo en línea para la enseñanza y el aprendizaje de temas de cálculo numérico," Matemática, Educación e Internet, Volumen 14, Número 2, 2014, pp. 1-28 [ Links ]
16. D. Godoy, E. Belloni, H. Kotynsky, H. Dos Santos y E. Sosa, "Simulando proyectos de desarrollo de software administrado con Scrum," en XVI Workshop de Investigadores en Ciencias de la Computación, Tierra del Fuego, Argentina, 2014. [ Links ]
17. L. Tovar, J. Bohórquez y P. Puello, "Propuesta metodológica para la construcción de objetos virtuales de aprendizaje basados en realidad aumentada," Formación Universitaria, Volumen 7, Número 2, 2014, pp. 11-20. [ Links ]
18. D. Leyton, Extensión al modelo de aceptación de tecnología TAM, para ser aplicado a sistemas colaborativos, en el contexto de pequeñas y medianas empresas. Santiago de Chile, Universidad de Chile, 2013. [ Links ]
19. GravityJack, "Vuforia Engine," Disponible en: https://gravityjack.com/vuforia-sdk-gravity-jacks-browsarcode-stack-is-an-augmented-reality-developers-dream. [ Links ]
]]>