Resumen


A través de este proyecto se desarrollará una plataforma tecnológica que facilitará la construcción, acceso compartido y manipulación remota de objetos de aprendizaje (OAs) que incluyen contenidos gráficos tridimensionales (3D).

Dado el impacto que tienen los elementos 3D en los procesos cognitivos, el proyecto tiene como objetivo principal proveer herramientas para el instructor que faciliten la construcción de objetos de aprendizaje con elementos 3D (OA3D), así como medios para el estudiante que le permitan manipular dichos elementos en espacios virtuales compartidos con otros usuarios (estudiantes e instructores) distribuidos y comunicándose a través de Internet 2.

Resumen
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Introducción
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Estado del arte
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Antecedentes
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Objetivos
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Metodología
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Calendario
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Instituciones
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Reporte Semestral
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Wiki

 

En una primera fase, se producirán OA3D específicos y se instanciarán en las instituciones participantes para explorar el uso de tele-apuntadores en la manipulación remota. Al término del proyecto, los miembros de CUDI podrán hacer uso de una plataforma en la que podrán agregar nuevos OA3D o utilizar los ya existentes para apoyar actividades de aprendizaje en tiempo real en las que participen usuarios distribuidos.

El proyecto aprovecha resultados de esfuerzos apoyados previamente por CUDI y hará disponibles sus resultados de manera libre a través de la Red Abierta de Bibliotecas Digitales (RABiD).

 

Introducción


Cada vez con mayor frecuencia los procesos de instrucción se están apoyando en recursos reutilizables conocidos como objetos de aprendizaje (OAs). Además del contenido referente a un tema específico de interés, los OAs permiten a los facilitadores del aprendizaje describir los objetivos de un OA, los requisitos para manejar sus contenidos y conceptos, las competencias que permite desarrollar, así como actividades de práctica y evaluación para el estudiante.

Los componentes encapsulados por los OAs pueden ser tan ricos en forma y contenido como su
diseñador lo desee. En particular, la inclusión de elementos multimediales altamente interactivos
puede apoyar de manera efectiva el aprendizaje significativo en un amplio rango de áreas de
conocimiento. El uso de representaciones tridimensionales como parte del contenido da lugar a un tipo de objeto de aprendizaje al que nos referimos como OA3D, el cual se ilustra en la Figura 1.


Figura 1. Objeto de aprendizaje con elementos tridimensionales (OA3D).

El manejo de estas representaciones tridimensionales de manera interactiva mejora
considerablemente la comprensión de conceptos y motiva un estilo participativo y exploratorio por parte de los educandos. Su potencial es aún mayor cuando la interacción se da en ambientes
distribuidos geográficamente. Desafortunadamente, la construcción de OA3Ds interactivos no es
una tarea sencilla para la mayoría de los participantes en el proceso de enseñanza-aprendizaje, ya que implica no solamente habilidades para diseño instruccional, sino también el dominio de
aspectos técnicos y la disponibilidad de infraestructura que permita su aplicación en ambientes
diversos, incluidos los de educación a distancia. El presente proyecto se enfoca entonces a
desarrollar una plataforma tecnológica para facilitar la construcción, acceso compartido y
manipulación remota de OA3Ds.

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Estado del Arte


La noción de ambiente virtual de aprendizaje ha ganado un lugar en el lenguaje educativo en los
últimos años (Chan, 2004). Este tipo de sistemas ayudan a manejar y soportar actividades para el proceso de enseñanza-aprendizaje, ya que facilitan la administración, creación, distribución y
mejoramiento del material educativo. El reto principal en estos ambientes es la producción de
unidades de conocimiento que puedan ser compartidas, enriquecidas y reusadas por una
comunidad de aprendizaje. Estas unidades de conocimiento son conocidas como Objetos de
Aprendizaje OA (LSTC, 2000).

El concepto de OA ha sido tema de investigación en un amplio rango de instituciones, de modo
que su definición está en constante evolución. IEEE, por ejemplo, define OA como “cualquier
entidad digital o no digital que puede ser usada, reusada o referenciada durante el aprendizaje
asistido por la tecnología (LSTC,2000). Para Wiley (2002), sin embargo, esta definición es
demasiado amplia. Así, define el OA como “cualquier recurso digital que puede ser reusado para
soportar el aprendizaje”. Polsani (2003), ha definido un OA como una unidad de aprendizaje
independiente, predispuesta para el reuso en múltiples contextos instruccionales. Se pueden
encontrar otras definiciones en (Sicilia et. al, 2004), (L`allier, 1998), (Merrill, 2002), (Shepherd,
2000), (Friesen, 2004), (Agostinho, 2004), (Ip, 2001), (Magenheim, 2004).

En México, un grupo de trabajo1 auspiciado por CUDI generó la siguiente definición operativa, la
cual sirve como base a este trabajo: “un objeto de aprendizaje es una entidad informativa digital
desarrollada para la generación de conocimiento, habilidades y actitudes requeridas en el
desempeño de una tarea, que tiene sentido en función de las necesidades del sujeto que lo usa y que representa y se corresponde con una realidad concreta susceptible de ser intervenida”. Esta definición resalta la relación que existe entre el objeto como recurso educativo y el sujeto que aprende (Chan, 2002). Quien produce un objeto de aprendizaje para un entorno digital requiere reconocer los atributos esenciales del objeto real que pretende representar y considerar la forma como podrán ser percibidos en un entorno digital. Además de este proceso de “mediatización” de los OA, tendrá que pensar el tipo de situación que puede plantear al estudiante para que reconozca al objeto como un componente para operar con una problemática, situación o tarea profesional.

Es posible “objetivar” cualquier elemento y situarlo dentro de una experiencia de aprendizaje (Chan 2004). Para contribuir a un aprendizaje significativo, es necesario generar situaciones y experiencias cercanas a la realidad en el espacio virtual, de manera que los educandos tomen contacto con las problemáticas a través de objetos de conocimiento interactivos. En este sentido los OA que incluyen representaciones tridimensionales (OA3D) adquieren gran relevancia, ya que permiten que el estudiante aprenda de una manera visual e interactiva. Algunos trabajos en el desarrollo de OA3D incluyen (Lockwood, 2007), (García y Galeana, 2004), (Chen, 2007), y (El Sadik et. al., 2005). Lockwood ( 2007) se enfoca al desarrollo de objetos de aprendizaje en 3D a través del uso de la realidad virtual con el fin de proveer recursos didácticos que sean accesibles a diversas comunidades en Sudáfrica con necesidades muy específicas de entrenamiento. Por otra parte, en el Laboratorio de Realidad Virtual del Centro Universitario de Producción de Medios Didácticos de la Universidad de Colima se crean materiales multimediales basados en modelos gráficos en tercera dimensión que apoyan la enseñanza a través de la adaptación y reuso de información en realidad virtual (García y Galeana, 2004). Chen (2007) presenta una interfaz que permite navegar en un repositorio de OAs en un ambiente virtual 3D. Con esta interfaz, el usuario puede acceder a OAs controlando el avatar de un auto. Los OAs son representados por diferentes signos viales, los cuales están agrupados a lo largo de una autopista virtual. Comparado con dispositivos tradicionales de IHC tales como teclados, este es más intuitivo e interesante para los usuarios porque se usan ademanes para comunicarse con el ambiente virtual. Finalmente, LORNAV es una herramienta que permite visualizar y agregar diferentes objetos multimediales en un ambiente virtual 3D donde tanto los autores como los objetos están geográficamente distribuidos (El Saddik et al., 2006). La idea de este ambiente de autoría colaborativa es proveer de servicios de autoría y permitir que múltiples autores creen objetos en tiempo real.

Como se reporta en las publicaciones citadas, los avances son importantes pero persiste la
dificultad para construir nuevos OA3Ds, y se requieren mecanismos para aprovechar los OA3D en
ambientes distribuidos, en los que los usuarios se encuentran en salas remotas pero interactúan en tiempo real para manipular las representaciones de objetos o conceptos en 3D.
En cuanto a la colaboración remota, especialmente cuando es de naturaleza síncrona, un mecanismo que ha mostrado potencial para facilitar la coordinación y la conciencia de grupo es el uso de tele-apuntadores (Gutwin & Penner, 2002). Al incorporar OA3Ds a actividades de aprendizaje desarrolladas por grupos distribuidos, el uso de tele-apuntadores facilitaría la manipulación de los objetos.

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Antecedentes


Las instituciones participantes han estado trabajando en áreas de investigación directamente
relacionadas con el proyecto, a saber, objetos de aprendizaje, repositorios compartidos, sistemas para trabajo colaborativo y diseño de interfaces de usuario. En el caso de la Universidad de Guadalajara (UDG), entre sus proyectos clave se cuentan la construcción de repositorios de OAs y el desarrollo de metodologías y herramientas para el uso de OAs en diversas áreas del conocimiento.

Por parte de la Universidad de las Américas Puebla (UDLA), el grupo participante ha desarrollado ambientes de colaboración síncronos y asíncronos, así como diversos tipos de repositorios de uso público. Entre los sistemas colaborativos desarrollados recientemente sobresalen un ambiente de referencia virtual2 (Sánchez et al. 2001), un ambiente para recomendaciones basadas en etiquetado colaborativo3 (Sánchez et al. 2007) y el proyecto actualmente en desarrollo para facilitar la interacción de grupos en salas multimediales utilizando tele-apuntadores, en el que ya colaboran UDG y UDLA. Como parte de este proyecto, UDG se encuentra desarrollando un editor para generar nuevos objetos de aprendizaje basados en patrones, mientras que la UDLA desarrolla un ambiente para utilizar patrones de interacción en la creación de recursos de instrucción en salas multimediales de colaboración.

Figura 2. Proceso de producción de objetos de aprendizaje (Chan, 2007)

Figura 3. Proceso de producción de objetos de aprendizaje a partir de patrones.

La UDG, ante la problemática y complejidad de producción de OAs que tuvieran un enfoque
pedagógico y cognoscitivo, planteó una estrategia de desarrollo de OAs basados en patrones4. Se analizó la secuencia de construcción de OAs obteniendo el proceso de producción que se ilustra en la Figura 2. Al aplicar la metodología de desarrollo, el proceso se redujo como se ilustra en la Figura 3. Además de presentar una estructura flexible y eficiente, se producen diversos objetos de aprendizaje mediante la inclusión de objetos multimediales e informativos seleccionados de acuerdo al ámbito de aplicación y especialización de la finalidad educativa. Con esta metodología fue posible en dos meses generar 106 OAs derivados de 15 patrones.
Hasta el momento, se ha detectado la utilidad de OA3Ds, pero no se han considerado aún como
parte de los proyectos actuales.

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Objetivos


El objetivo principal del proyecto es producir una plataforma que aprovecha la red de alto
desempeño Internet 2 para generar espacios virtuales compartidos en los que grupos de usuarios distribuidos pueden visualizar y manipular representaciones tridimensionales que forman parte de objetos de aprendizaje.

Específicamente, el presente proyecto se ha propuesto los objetivos siguientes:

  • Generar contenidos con elementos 3D para objetos de aprendizaje específicos
  • Explorar el potencial de los objetos de aprendizaje con contenidos 3D (OA3D) en ambientes distribuidos
  • Observar usuarios de OA3D en ambientes distribuidos utilizando tele-apuntadores
  • Implementar un ambiente para la visualización y manipulación distribuida de OA3Ds
  • Desarrollar herramientas para especificación de OA3Ds que permitan la incorporación de nuevos objetos de este tipo a un ambiente existente
  • Definir estrategias que permitan diversos estilos de interacción sobre los OA3D
  • Instanciar la plataforma resultante de manera piloto en las instituciones participantes
  • Iniciar un repositorio de OA3Ds que pueda interoperar con otros recursos disponibles para la comunidad CUDI
  • Poner a disposición de la comunidad CUDI la plataforma tecnológica resultante, de manera que se exploren aplicaciones de OA3Ds en diversos dominios y áreas de conocimiento.

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Metodología


El proyecto procederá en tres grandes etapas: (1) Definición y refinamiento de una arquitectura
general e interfaces para OA3Ds; (2) Construcción de OA3Ds específicos, ambiente de teleapuntadores
y observación de grupos de usuarios; y (3) Construcción e integración de la
plataforma para manipulación remota y herramientas para agregar nuevos OA3Ds.

Figura 4. Arquitectura general de un ambiente distribuido para uso de OA3Ds.

5.1 Arquitectura general
En las sesiones iniciales del grupo de trabajo se ha definido de manera preliminar una arquitectura general de la plataforma propuesta, la cual se ilustra en la Figura 4. Como puede apreciarse, se cuenta con un repositorio de objetos de aprendizaje que incluye OA3Ds, los cuales están disponibles para la comunidad distribuida. En la figura, esta comunidad incluye a estudiantes y facilitadores del aprendizaje de las instituciones participantes, pero puede potencialmente ampliarse a todos los usuarios de Internet 2. Del repositorio pueden obtenerse OA3Ds y colocarse en un espacio compartido accesible a los participantes de una sesión síncrona.

Desde sus ubicaciones remotas, cada usuario pueden examinar y manipular los contenidos 3D, lo cual pueden percibir los demás participantes. Para facilitar la coordinación y la conciencia de grupo, cada participante cuenta con un tele-apuntador como su representación en el espacio compartido.

La plataforma puede configurarse para permitir diferentes estrategias de participación en una sesión, incluyendo variantes como recorridos, competiciones entre participantes, uso de
estructuras 3D para construir objetos más complejos, o exploración a voluntad del participante.

5.2 Interfaces de OA3Ds
También como resultado de la colaboración inicial del grupo de trabajo, se han definido los
requerimientos de la interfaz de usuario para los OA3D, la cual se ilustra en la Figura 5. En
principio, la interfaz de usuario de un OA3D deberá contener los siguientes elementos para proveer interactividad con el entorno construido:

Figura 5. Funcionamiento general de la interfaz de usuario de un OA3D

  • En el nivel de aplicación, un plug-in que se ejecuta con un navegador de Web estándar (cliente) proveerá una interfaz transparente al usuario, y será la responsable de la interacción con los elementos 3D que conforman el objeto de aprendizaje.
  • El plug-in instalado procesará archivos en el cliente descargados desde un servidor, los archivos definen los elementos del objeto, una vez armado e interpretado el objeto, el mismo plug-in detectará los eventos de interacción entre el objeto y el usuario. Los eventos a detectar en el objeto son:
    • Sensor del teclado: evento generado cuando el usuario presiona una tecla y devuelve la cadena correspondiente, cuyo efecto se verá reflejado en tiempo real sobre el entorno, principalmente las teclas: arriba, abajo, izquierda y derecha.
    • Sensor ambiental: sensores que se activan cuando dos componentes interactúan dentro del ambiente. Los cuatro eventos detectados serán: colisión, sensor de proximidad, sensor de visibilidad, sensor de transformación
    • Sensor de navegación: la navegación será la capacidad de interactuar con el visor del objeto 3D a través de un dispositivo de entrada (ratón o teclado) y de ésta forma afectar la visibilidad o exploración del objeto 3D.

Así, el objeto en 3D deberá tener también la capacidad de cargar recursos digitales de distintos
medios. Específicamente podrá cargar e interactuar con películas, sonidos, imágenes en 2D, y
cualquier tipo de recurso o documento que la tecnología permita.

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Calendario de Actividades


El grupo de trabajo sostendrá reuniones regulares por videoconferencia a través de Internet 2, así como un par de reuniones presenciales en el contexto de las Reuniones de Primavera y Otoño de CUDI. De manera general, las actividades que permitirán alcanzar los resultados propuestos en un plazo de doce meses se han programado como sigue:

Mes 1: Actualización del estado del arte en OA3Ds, refinamiento de arquitectura general y
componentes específicos que se desarrollarán. Selección de herramientas de desarrollo. Creación
de portal del proyecto y definición de mecanismos electrónicos de coordinación y comunicación.

Mes 2: Presentación y validación del proyecto por la comunidad CUDI en la Reunión de Primavera.
Desarrollo de prototipos de baja y alta fidelidad de OA3Ds, validación con usuarios. Desarrollo de
prototipos de baja y alta fidelidad de tele-apuntadores para OA3Ds, validación con usuarios.

Mes 3: Implementación de prototipos funcionales de OA3Ds y tele-apuntadores. Pruebas de componentes e integradas.

Mes 4: Observación de usuarios de OA3Ds; estudios de usabilidad y refinamiento de requerimientos.

Mes 5: Exploración de nuevas áreas de aplicación para OA3D, diseño de nuevos elementos 3D y estrategias de interacción para grupos distribuidos.

Mes 6: Implementación de OA3Ds; implementación prototípica de interfaces grupales usando teleapuntadores bajo diversas estrategias de interacción. Reporte semestral de avances.

Mes 7: Pruebas de manipulación remota con usuarios distribuidos; retroalimentación de educandos y facilitadores; ajustes al diseño.

Mes 8: Presentación de avances y prototipos funcionales en la Reunión de Otoño de CUDI.
Implementación de estrategias de interacción para grupos distribuidos.

Mes 9: Implementación de estrategias de interacción para grupos distribuidos. Implementación de OA3Ds.

Mes 10: Estudios de usabilidad, pruebas unitarias, retroalimentación por usuarios, ajustes y
correcciones a la implementación.

Mes 11: Pruebas de integración de la plataforma incluyendo OA3Ds, tele-apuntadores, ajustes a la implementación; documentación, generación de manuales de administrador y del usuario.

Mes 12: Documentación, tutoriales, publicación de resultados, difusión en las comunidades
interesadas. Reporte final de resultados. Definición de estrategias para continuidad del proyecto.

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Instituciones Participantes


Universidad de las Américas Puebla

Universidad de Guadalajara

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