La Dinámica de Sistemas en la Educación Básica Primaria
Colombiana, una experiencia en el marco de Computadores para
Educar
Miguel Angel Niño Zambrano
Universidad del Cauca, Grupo de I+D en Tecnologías de la Información
Jonathan Guerrero Astaiza
Universidad del Cauca, Programa de Ingeniería de Sistemas
Juan Carlos Girón Salazar
Universidad del Cauca, Programa de Ingeniería de Sistemas
Carlos Alberto Cobos Lozada
Universidad del Cauca, Grupo de I+D en Tecnologías de la Información
Jorge Jair Moreno Chaustre
Universidad del Cauca, Grupo de I+D en Tecnologías de la Información
Dirección: Edificio FIET Oficina 422 – Sector Tulcán (Popayán, Cauca, Colombia)
Tipo de Sesión: Paralelas
RESUMEN
Este artículo presenta los resultados principales de un proyecto de investigación que se enmarca en el programa Computadores para Educar. Se presenta el resumen de una propuesta de incorporación de la Dinámica de Sistemas en la educación básica primaria, basada en un método o técnica didáctica soportada en el aprendizaje conceptual y colectivo denominada “Método Conceptual-Dinámico” y el uso de una herramienta software denominada “DINAMICO”. Este último involucró la unión del modelado de dinámica de sistemas y autómatas celulares. Finalmente, se muestran los resultados preliminares de una experiencia aplicada a 160 estudiantes y 25 docentes de instituciones educativas de la región sur pacifica colombiana con resultados favorables.
1
INTRODUCCIÓN
Una de las políticas del gobierno nacional de Colombia es llevar a las diferentes regiones del país las tecnologías de la información y las comunicaciones (TIC), para el apoyo en los diferentes procesos de desarrollo. Una de las estrategias planteadas es Computadores para Educar[1] (CPE) el cual tiene dos fases. La primera de Instalación y la segunda de Profundización. En la instalación se recogen y adecuan computadores donados por empresas y organizaciones y se distribuyen a las escuelas para su uso en la enseñanza. En la Profundización se forma a los docentes y estudiantes de las escuelas, para que hagan un uso apropiado de los computadores en el proceso de enseñanza-aprendizaje y se desarrollan proyectos de investigación y desarrollo.
Inicialmente se pensó en enseñar DS en la escuela a maestros y estudiantes, pero a partir de las experiencias realizadas (según otras experiencias nacionales, internacionales y la propia), el grupo determinó que esto le añadía a las clases en educación básica primaria mayor complejidad al momento de orientar las temáticas. Estos problemas se relacionaban principalmente con la dificultad de entender y desarrollar las habilidades para crear modelos de DS e interpretar los resultados de los modelos (gráficos de trayectorias y tablas de datos), por parte de docentes y más aún de los estudiantes, niños entre 7 y 12 años de edad.
Por lo anterior, el grupo decidió enfocar sus esfuerzos en que los docentes y niños de educación básica pudiesen utilizar la potencialidad de la DS para la enseñanza y aprendizaje de temáticas particulares, pero a su vez permitir proponer, manipular, entender y experimentar con los fenómenos modelados en DS de una manera transparente y más cercana a las realidades y capacidades cognitivas que ellos poseen.
Lo anterior dio lugar a una pregunta interesante: ¿Cómo se caracteriza el aprendizaje de los escolares de la región sur pacífico II colombiana, mediados con modelos de dinámica de sistemas?, con dos preguntas más particulares, las cuales son: ¿Cómo utilizar la DS en educación básica primaria, para la enseñanza y el aprendizaje?, ¿Qué elementos pedagógicos y didácticos deben tenerse en cuenta para una utilización adecuada de la DS en educación básica primaria?
Después de contextualizar la población objetivo: profesores de escuela con formación normalista y en áreas específicas de las ciencias sociales y matemáticas, estudiantes de primaria entre los 7 y 12 años de edad, los cuales ya tienen una capacidad mental de entender influencias causa-efecto, se propuso como alternativa de solución a las preguntas anteriores, la implementación de una metodología de enseñanza-aprendizaje, que acompañe una herramienta software de simulación con DS para la enseñanza en educación básica primaria, que tengan la capacidad de acoplarse a la mayoría de temas educativos que se vienen impartiendo de forma teórica y transformarlos en un medio atractivo que permita interpretar y contextualizar cada tema a través del juego y la simulación.
Entendiendo que las herramientas software de apoyo a la educación, deben estar contextualizadas y utilizadas adecuadamente para el logro de los objetivos educativos, el grupo de investigación se apoyó en un equipo multidisciplinario que permitiera desarrollar la propuesta metodológica que permite establecer los roles en el aula de clase para el uso de la DS en educación.
Por otro lado, la metodología anterior se apoya con el desarrollo de una herramienta software denominada DINAMICO, la cual convierte los resultados formales de un modelo de DS (tablas de datos y trayectorias) en un micromundo[2], el cual le permite al estudiante visualizar los comportamientos que arroja el modelo de DS, pero con objetos y/o personajes animados, a la vez de interactuar con las diferentes variables del modelo en un escenario gráfico, con la posibilidad de cambiar y manipular estados iniciales y verificar el comportamiento y estados finales, desarrollando experiencias nuevas con respecto a la teoría que se enseña alrededor del modelo y así comprender los temas enseñados a partir de los procesos vivénciales y del desarrollo de un pensamiento dinámico-sistémico que se potencia al interactuar con la herramienta.
Resultados preliminares de este trabajo, fueron presentados en el 5º Encuentro Colombiano de Dinámica de Sistemas: Soluciones y Aplicaciones del Pensamiento Sistémico en Entornos Organizacionales, Medellín, Agosto 8,9 y 10 de 2007, en ponencia titulada “Propuesta Metodológica para Incorporación de la Dinámica de Sistemas en la Educación Básica Primaria” escrito por Miguel Niño, Carlos Cobos, Jorge Moreno, Jonathan Guerrero y Juan Girón. Además, en estos momentos se esta evaluado un articulo para ser presentado en el V Congreso Latinoamericano de Dinámica de Sistemas, 7 al 10 de noviembre de 2007, Ciudad de Buenos Aires, Argentina, titulado “La Dinámica de Sistemas en la Educación Básica Primaria Colombiana, una experiencia en el marco de Computadores para Educar” escrito por Miguel Niño, Jonathan Guerrero, Juan Girón, Carlos Cobos y Jorge Moreno,
2
TRABAJOS RELACIONADOS
Atendiendo dos interrogantes principales planteados en[3], relacionados con la forma que deben tener los recursos informáticos y las características de una propuesta pedagógica y metodológica que permita el desarrollo del pensamiento dinámico-sistémico en los estudiantes desde primaria hasta bachillerato, hoy en día, ya se encuentran varias experiencias, con diferentes enfoques.
En [7] se muestra un trabajo de largo aliento (25 años) en el que se esta introduciendo la DS en estudiantes norteamericanos para que entiendan mejor las causas de los cambios de los diferentes sistemas que los rodean.
Los laboratorios de colaboración para Europa[8] están desarrollando un nuevo tipo de ambiente que le ayuda a los estudiantes a crear conocimiento flexible de diferentes áreas, utilizando la dinámica de sistemas con simulaciones graficas personalizadas.
El proyecto GET[4] (Grupo de Educación y Telemática). GET es un equipo multidisciplinario formado por investigadores de las Universidades Rovira i Virgili de Tarragona y Jaume I de Castellón, España. El cual esta trabajando en desarrollar metodologías y estrategias didácticas aplicables a entornos tecnológicos de formación abierta y a distancia e identificar y describir las destrezas y capacidades necesarias de los distintos participantes en el proceso educativo, además de diseñar protocolos de evaluación de la calidad de las experiencias didácticas.
En la Facultad de Ingenierías Físico Mecánicas de la Escuela de Ingeniería de Sistemas e Informática se desarrollo una tesis la cual presenta una propuesta de difusión de la Dinámica de Sistemas en la educación preescolar, básica y media colombiana; la cual se sustenta principalmente en la revisión de la experiencia internacional y la reflexión sobre la experiencia del grupo de Investigación en Modelos y Simulación (SIMON)[5].
En el marco del Encuentro Colombiano de Dinámica de Sistemas, se publica, “Una experiencia de difusión de la Dinámica de Sistemas en la educación de 1 a 11 grado – hacia la construcción de una propuesta”. (Andrade y Navas 2006). El objetivo principal de este documento fue dar a conocer a la comunidad Dinámico Sistémica, una experiencia Colombiana de difusión de la DS en el ámbito de la escuela primaria y secundaria, teniendo presente los aportes de la comunidad Internacional (Andrade, Navas, 2005)[5].
El grupo SIMON de la Universidad Industrial de Santander (UIS), trabajó en el proyecto denominado MAC 6-7 Micromundos para el aprendizaje de las ciencias cuya filosofía se basa en el modelo educativo constructivista centrado en los procesos de aprendizaje (MECCPA) propuesto también por el grupo SIMON, el cual toma conceptos teóricos de la DS, del pensamiento sistémico y del enfoque pedagógico constructivista. Esta herramienta software facilita el desarrollo de las formas de pensamiento y el aprendizaje de conceptos del área de ciencias de la naturaleza de los grados sexto y séptimo de la educación media integrando tres tipos de software: Tutoriales, Experimentadores e Investigadores[6].
En [9] se describe la integración de EVOLUCION 3.5 (herramienta de modelamiento y simulación creada por el grupo SIMON de la UIS[10]) con el soporte de técnicas de aprendizaje colaborativo para trabajar en red (por ejemplo, Internet).
Los anteriores trabajos pretenden fundamentalmente enseñar y difundir DS a los diferentes actores (docentes y estudiantes), con el fin de apoyar la enseñanza. El presente trabajo pretende utilizar las DS para la enseñanza de las temáticas en educación básica primaria, siendo la DS un medio y no el fin.
3
DESCRIPCIÓN DEL MÉTODO CONCEPTUAL – DINÁMICO [12]
Este método se denomina Conceptual-Dinámico porque parte de la pedagogía conceptual y además incorpora el uso de la Dinámica de Sistemas para el desarrollo de simulaciones en el aula.
Es apremiante el desarrollo de una metodología que vaya de la mano con los modelos pedagógicos conceptuales, ya que a nuestro criterio es una pedagogía que además de tener en cuenta las edades de los estudiantes y sus procesos de desarrollo cognitivo, resulta ser un balance de lo que son las pedagogías instruccionales y las pedagogías activistas.
Adicionalmente, se debe incorporar elementos básicos del aprendizaje colectivo (cooperativo/colectivo) para aprovechar las TIC en el desarrollo de un ambiente escolar que soporta el aprendizaje autónomo y colectivo.
La población objetivo de esta metodología son niños de edades superiores a los 7 años los cuales se encuentran en el periodo de desarrollo de las operaciones concretas según los procesos de desarrollo de Piaget, dónde se cree que la dinámica de sistemas puede tener un gran impacto, por cuanto permite desarrollar los procesos de aprendizaje establecidos en estas etapas.
Es de vital importancia la conservación de conceptos generales sobre las áreas de la ciencia y debido a la manipulación lógica de símbolos propios de estas edades[2], la experimentación seria un 50% importante en esta fase del desarrollo infantil, pero no una experimentación de tipo empírica, tal y como lo plantea el activismo, sino una experimentación controlada por los conocimientos previos adquiridos de manera general, es decir partir de lo general de los conceptos y a través de las experimentaciones llegar a conocimiento especifico.
El método permite desarrollar actividades escolares que se dividen en tres fases (antes del proceso, en el proceso y después del proceso) que son ejecutadas por tres actores principales (Docente, Estudiante, Experto CPE). Cada una de estas fases cuenta con etapas y tareas que se especifican en detalle a continuación (ver Figura 1).
Se debe entender el desarrollo de una clase como un proyecto pedagógico, en el cual se hace evidente la utilización de la Planificación de actividades educativas, establecidas en cuatro etapas a saber: Planeación, Programación, Ejecución y Análisis. Adicionalmente se presentan en el mismo nivel de las etapas unas tareas, que se resaltan por aparte del proceso de planificación, dada su importancia en el método propuesto. Así tenemos la tarea de preparación (tarea de planificación por parte del estudiante) y las tareas de reorganización, inducción y monitoreo (tareas de ejecución del docente).
La planeación docente (ver Figura 2) involucra elementos tales como análisis del ambiente educativo lo que implica contextualizar y analizar la situación actual de los estudiantes y puede involucrar la revisión del currículo educativo, también involucra la definición de la actividad, lo que implica tareas como la definición de objetivos, prever contingencias, definición de modelos de dinámica de sistemas adecuados a las temáticas seleccionadas y administración del mismo, aquí es donde el software DINAMICO entra a jugar el papel protagónico, y finalmente se define una estrategia de cooperación / colaboración junto con la enunciación de preguntas que guíen el proceso experimental.
Como es posible que la creación de modelos de DS y la implementación de escenarios esté fuera del alcance de los docentes, el Equipo CPE brindara el apoyo necesario para la realización de este trabajo a partir de una plantilla donde se especifique el objetivo de la actividad y un diagrama inicial.
Figura 1 Método Conceptual DINAMICO
Figura 2 Fase de Planeación para el docente
Se debe tener en cuenta que la actividad experimental debe estar dirigida a resolver las preguntas guía como primer objetivo, estas preguntas deben haber sido planteadas en busca de obtener conclusiones que permitan al estudiantes analizar el total de la situación modelada.
El proceso de Análisis y evaluación tanto para los docentes como para los estudiantes se debe realizar al final de la actividad examinando que de lo planeado se cumplió o cuales son las situaciones a mejorar, definiendo cosas importantes de la temática desarrollada en forma grupal, a partir de las conclusiones individuales de los estudiantes.
4
DESCRIPCIÓN HERRAMIENTA SOFTWARE DINAMICO
En este capitulo se realiza una descripción general de la herramienta desde el punto de vista de los propósitos por la cual fue construida, la metodología de desarrollo de software utilizada, los actores que se distinguen en el sistema, la arquitectura lógica que representa la división modular de la funcionalidad que soporta, la arquitectura de implementación, y algunos detalles de implementación.
4.1
DESCRIPCIÓN DE LA PLATAFORMA COMPUTACIONAL
El nombre de la herramienta “DINAMICO”, fue seleccionado porque resalta y da la importancia que la Dinámica de Sistemas debe tener en la Educación Básica Primaria.
La idea principal de DINAMICO consiste en permitirle a docentes y estudiantes de Básica Primaria la interacción con la DS de una manera transparente e intuitiva, a través de una interfaz de usuario adecuada para dichos usuarios. Y a pesar de que los usuarios no interactúan directamente con la DS, pueden experimentar con los modelos propuestos para una temática especifica, resolviendo preguntas del tipo “¿que pasa si?” con el fin ayudar a entender situaciones que podrían presentarse en determinado modelo. Después de una amplia y exhaustiva exploración e investigación de diferentes motores de DS como los que utiliza STELLA, COLAB-SOLO, EVOLUCION entre otros. Se tomo la decisión de hacer uso del motor de DS desarrollado para EVOLUCION, ya que sus creadores permitieron la utilización y modificación del código para lograr la integración y reutilización de una manera más efectiva para el desarrollo de nuevas herramientas educativas como DINAMICO
DINAMICO esta desarrollado en Borland Developer Studio 2006, en el lenguaje de programación DELPHI, el cual da soporte a modelos de DS, integrando un motor de DS desarrollado para la herramienta EVOLUCION 3.5 desarrollado por el grupo SIMON de la UIS, herramienta que permite simular sistemas tomando como base diagramas causales y diagramas de Forrester.
DINAMICO cuenta con dos aplicaciones la primera denominada “Editor” desarrollada para lograr la integración de los modelos de Dinámica de Sistemas archivos con extensión *. Mev (creados con Evolución 3.5) y escenarios creados con DINAMICO con extensión *.Dinámico, dicha aplicación fue desarrollada para la interacción con usuarios que poseen conocimientos básicos de Dinámica de Sistemas. La segunda aplicación denominada “Visor” la cual fue diseñada para la interacción con los estudiantes de básica primaria.
4.2
METODOLOGÍA UTILIZADA
La metodología de desarrollo elegida fue eXtreme programming (XP), dado que XP es una metodología de desarrollo ágil, ésta nos permitió adecuar el desarrollo de la herramienta a los requerimientos de tiempo y calidad que exigía el proyecto, por esta razón se dio más importancia a los desarrollos rápidos más que a la exhaustiva documentación, es por esta razón que se tomaron solo algunos artefactos de la notación establecida por el lenguaje UML (Unified Modeling Language), tales como diagramas de casos de uso y diagrama conceptual, entre otros.
Se definió un tiempo de tres meses para el desarrollo de un prototipo funcional de DINAMICO, con ciclos completos de desarrollo de 8 días.
4.3
ACTORES DEL SISTEMA
En el desarrollo del trabajo se identificaron los siguientes actores, como esenciales para el funcionamiento y gestión de la herramienta (ver Figura 4 con la relación de los tipos de usuarios):
• Estudiante: usuario de la herramienta “DINAMICO - VISOR”, el cual interactuará con los modelos
de DS pero en una interfaz de modelado gráfico. Este usuario ejecuta las actividades indicadas por parte del docente y posteriormente realiza cambios en las variables de tal forma que les permita apreciar diferentes escenarios y obtener conclusiones al respecto de la temática tratada.
• Docente: usuario de la herramienta “DINAMICO - EDITOR”, es el encargado de realizar las labores
de administración y selección de modelos, además con una capacitación previa será capaz de crear modelos y/o escenarios; también usa “DINAMICO - VISOR” en el momento de la interacción con el estudiante.
• Comité CPE: Este comité es el encargado de la realización de los modelos y/o escenarios solicitados
por los docentes con “DINAMICO - EDITOR”, además también es el encargado de la actualización del repositorio de modelos, al cual los docentes podrán acceder y descargar los últimos modelos desarrollados, además de dar soporte sobre la herramienta.
Dinamico Editor
Usuario Editor
ComiteCPE Docente
Visor
Docente Estudiante
Usuario Visor extended
Figura 4. Relaciones entre tipos de usuarios
4.4
MOTOR DE DINÁMICA DE SISTEMAS
El motor de Dinámica de Sistemas es un componente software creado para el Software EVOLUCIÓN el cual fue desarrollado por el grupo SIMON de la Universidad Industrial de Santander. Este componente es el núcleo mismo de la simulación en Evolución, y ofrece capacidades para cargar archivos de modelos, iniciar y parar la simulación a antojo, pudiendo cambiarse las condiciones iniciales de simulación y valores de variables antes y durante la simulación.
El motor se ha integrado a DINAMICO, para desde ahí poder realizar la manipulación de las variables antes de la simulación gráfica, el nuevo valor de las variables es enviado al motor, después de generar todos los valores de la simulación, el motor entrega los nuevos valores a DINAMICO el cual se encarga de realizar la simulación del modelo, a través de los escenarios, objetos y reglas definidos previamente por los usuarios Docente o Comité CPE (ver Figura 5).
4.5
DINAMICO EDITOR (D-E)
D-E permite la creación de diferentes escenarios gráficos relacionados con un modelo de DS que se quiera representar, para dicho fin es necesario la creación de objetos y la asignación de reglas de tipo autómatas celulares, junto con el paradigma de objetos y reglas presentadas en el proyecto HOMOS.
Figura 5. Interacción del Componente Motor DS Con DINAMICO
Las reglas que pueden ser aplicadas a un objeto de tipo autómata celular, permiten reflejar el comportamiento del mismo, las reglas creadas para DINAMICO son:
• Movimiento: Regla que permite a un objeto desplazarse dentro de una ambiente o escenario.
• Decadencia: Regla que determina la muerte o desaparición de los objetos de una clase.
• Eliminación: Regla que determina la eliminación de un objeto, se debe al encuentro con otro objeto
en una celda de la misma vecindad.
• Expansión: Regla que permite extenderse, es decir colocar objetos de la misma clase en las celdas
vecinas.
• Neutralización: Regla que determina la muerte o desaparición de dos objetos al encontrarse en la
misma vecindad.
• Reproducción: Regla que permite la creación de un tercer objeto a partir de dos objetos en la misma
vecindad.
• Retracción: Regla que permite al objeto, reducir el numero de objetos de la misma clase que se
encuentra en la misma vecindad.
• Transformación: Regla que determina el cambio de un objeto por otro de diferente clase.
• Mutación: Regla que determina el cambio de un objeto, al encontrarse con otro de una clase
diferente.
Dichas reglas permiten crear relaciones entre algunos de los elementos existentes en un diagrama de Forrester con los objetos creados en D-E.
Por ejemplo si existe un flujo de salida, este puede ser asociado con un objeto y sus reglas de eliminación, decadencia, neutralización y retracción, los flujos de entrada pueden ser asociados con objetos y sus reglas de expansión, reproducción, por otra parte se permite la creación de objetos los cuales pueden ser asociados a algún nivel, variable o parámetro dependiendo de el modelo además de tener reglas permiten a la persona encargada de la realización de cada escenario gráfico, jugar con su creatividad para realizar una mejor ambientación.
Una vez creado y asociado el escenario gráfico con el modelo de DS, se procede a realizar evaluación y nueva generación de datos por parte del motor de DS, posteriormente se realiza la sincronización de cada uno de estos valores con lo que se esta reflejando en el escenario grafico.
4.5.1 Modelo Conceptual de D-E
A continuación en la Figura 6 se presenta un diagrama conceptual del sistema, posteriormente se explicara brevemente cada uno de los conceptos y las relaciones existentes entre ellos.
ComiteCPE (from Use Case Vi ew)
Docente (from Use Case Vi ew)
Modelo DS Escenario Regla Objeto 1..* 1..1 1..* 1..1 Motor Evolucion Contiene Datos Valor 1..1 1..1 1..* 1..1 modifica Usuario Editor
(from Use Case Vi ew) Modelo Dinamico 1..*
1..* 1..*
1..*
Modifica Valores 1..1 1..1 1..1 1..1 1..1 1..1 1..* 1..* 1..* 1..* Crea 1..* 1..* Simula 1..* 1..* 1..*
1..1 1..1 1..1
1..* 1..1 1..* 1..1
Figura 6. Modelo Conceptual Preliminar, DINAMICO Editor
• Usuario Editor: Representa a los usuarios que harán uso de D-E, entre ellos el Comité CPE y el
Docente.
• Modelo Dinámico: Representa el modelo que será creado, o modificado por los usuarios, este
modelo esta compuesto por un modelo DS y un Escenario.
• Modelo DS: Representa el modelo de DS, creado en EVOLUCION 3.5 el cual debe contener el
diagrama de Forrester apropiado a una temática especifica.
• Escenario: Representa el espacio donde estarán dispuestos los Objetos y donde cada uno de ellos
podrá cumplir las reglas especificadas.
• Objeto: Representa los diferentes elementos de tipo autómata celular dispuestos sobre un escenario,
cada objeto tiene relacionado valor y Regla.
• Valor: Es el valor entregado por Motor Evolución, el cual al cumplir una condición da inicio o fin a
determinada acción representada por una Regla.
• Regla: Es una norma que se aplica al Objeto y determina la evolución de los objetos en el tiempo y el
espacio, Las Reglas pueden reflejar comportamientos que por sí mismos poseen los objetos o pueden mostrar la manera como interactúan los objetos de diferente o de la misma Clase.
• Motor Evolución: Representa el motor de DS donde serán evaluados los datos provenientes del
Modelo Dinámico.
4.5.2 Diagrama de Casos de Uso Para D-E
Ver Escenari o
Ver Curvas Ver Datos
Ver Forrester Crear Escenario
Cargar Escenario
Guardar Escenari o
Ini ci ar Detener
Rei niciar Mani pular Valores
Insertar Obj eto Borrar Obj eto
Sel ecci onar Objeto
Cargar Modelo DS
Cambi ar Vista <<include>>
<<include>> <<include>> <<include>> Mani pular Escenari o <<include>>
<<i nclude>>
<<i nclude>>
Ver Ayuda
Mani pular Sim ul aci on
<<i nclude>> <<i nclude>>
<<include>> <<i nclude>>
Fi jar Velocidad
Fij ar Numero dePasos Fij ar Numero Iteraci ons Configurar
<<i nclude>>
<<i nclude>>
<<include>> <<i nclude>> Usuario Edi tor
(from Use Case View)
Asi gnar Regla
Mani pular Obj eto <<i nclude>> <<include>>
<<i nclude>> Crear Obj eto
<<i nclude>>
Crear Rel aci ones <<include>>
<<i nclude>>
Figura 7. Diagrama de Casos de Uso Para DINAMICO Editor
A continuación en la Tabla 1 se detalla cada una de las funciones:
FUNCIÓN DESCRIPCIÓN
Cargar Modelo de DS Permite cargar un archivo de DS creado en EVOLUCION 3.5, que contenga el diagrama de Forrester.
Manipular Escenario Funciones relacionadas a la manipulación de escenario.
Crear Escenario Permite crear un nuevo escenario para la inserción de objetos, definiendo atributos como: alto, ancho, nombre y color de fondo.
Cargar Escenario Permite cargar un archivo con extensión *.DINAMICO existente. Guardar Escenario Permite guardar un escenario creado en un archivo *.DINAMICO Manipular Objeto Funciones relacionadas a la manipulación de objetos.
Insertar Objeto Permite insertar un objeto dentro de un escenario. Borrar Objeto Permite eliminar un objeto del escenario.
Crear Objeto Permite la creación de un objeto tipo autómata, estableciendo atributos como: nombre y color
Seleccionar Objeto Permite elegir un objeto, para ver sus características o para ser insertado en el escenario.
Crear Relaciones Permite establecer las relaciones existentes entre un objeto creado y los elementos que pertenecientes al diagrama de Forrester.
Asignar Regla Permite realizar la asignación de una regla a un objeto creado. Manipular Simulación Funciones relacionadas a la manipulación de la simulación
Iniciar Permite dar inicio al proceso de generación de datos y simulación gráfica. Detener Permite dar fin al proceso de simulación.
Reiniciar Permite dar fin al proceso de simulación actual e iniciar nuevamente. Configuración Funciones relacionadas a la configuración de la simulación.
Fijar Velocidad Permite establecer la velocidad con que se llevara a cabo la simulación (Alta, Media, Baja)
Fijar Numero de Iteraciones
Permite establecer el número de iteraciones que serán entregadas al motor de DS, es decir el número de veces que el parámetro cambia su valor según la variación.
Fijar Numero de Pasos Permite establecer el numero de pasos necesarios para llegar al valor máximo (100) o al valor mínimo (0)
Cambiar Vista Funciones relacionadas a la configuración de las diferentes vistas del modelo. Ver Escenario Permite visualizar el escenario donde se realizara la simulación grafica. Ver Curvas Permite visualizar el diagrama de curvas.
Ver Datos Permite visualizar la tabla de datos generada por el motor.
Ver Forrester Permite visualizar el diagrama de Forrester asociado al modelo de DS. Ver Ayuda Permite visualizar la ayuda de la aplicación.
Tabla 1. Descripción de las funciones de D-E
4.5.3 Arquitectura D-E
D-E se desarrolla bajo una arquitectura de tres capas (ver Figura 8), la arquitectura multicapa permite división de responsabilidades, flexibilidad y escalabilidad. Las tres capas de la arquitectura son:
• Capa de Presentación: La capa de presentación es la encargada de interactuar de manera directa con
el usuario final de D-E, además de ser la encargada de mostrar la información de los modelos al usuario, permitir la manipulación y creación de escenarios, por otra parte esta capa permite la captura de los datos que afectan el comportamiento de determinado modelo.
• Capa de Lógica de Aplicaciones: La capa de lógica de aplicaciones es la encargada del
funcionamiento lógico de la aplicación, es en esta capa donde se da soporte a las reglas lógicas que deben cumplir los objetos de tipo autómata celular y donde se debe hacer las relaciones establecidas entre el modelo de DS y los escenarios creados.
• Capa de lógica de Servicios: La capa de lógica de servicios es la encargada de interactuar con los
servicios que presta el motor de DS, además de contener las clases que contienen los datos entregados por el motor de DS.
Figura 8. Arquitectura general de DINAMICO Editor
A continuación se dará una breve explicación de cada uno de los componentes de la arquitectura, mencionados con anterioridad:
• Editor EVL: El componente editor de Evolución es el que provee mecanismos para la creación,
edición y destrucción de elementos del diagrama de Forrester, este encierra capacidades para mostrar el diagrama de Forrester en un recuadro, cargar y guardar archivos de modelos, crear, editar y destruir cualquier tipo de elemento del diagrama de Forrester.
• Graficador EVL: El graficador es un componente visual de Evolución que permite la observación
• Escenario: El escenario es un componente propio de DINAMICO el cual permite visualizar la
simulación de los datos de una manera gráfica y animada.
• Motor EVL: El componente motor de Evolución encierra capacidades para cargar archivos de
modelos, iniciar y parar la simulación, pudiendo cambiarse las condiciones iniciales de simulación y valores de variables antes y durante la simulación
4.5.4 Casos de Uso Reales D-E
Un caso de uso real describe el diseño concreto de la forma como un usuario realiza un proceso completo con el sistema. A continuación en la Tabla 2 se muestra a manera de ejemplo, un caso de uso real relacionado con la creación de las relaciones entre los objetos (antes, el usuario debió: 1) cargar un modelo de dinámica de sistemas creado previamente con evolución, 2) definir el escenario y 3) crear los objetos base de la animación y del modelo).
CASO DE USO REAL Crear Relaciones
ACTOR Usuario Editor
DESCRIPCION Este caso de uso se inicia cuando el usuario decide asignar un o varias reglas
a un objeto para efectos de la simulación, el objeto debe estar previamente creado. Este caso de uso finaliza cuando el usuario puede con éxito crear el objeto con sus reglas.
1
2 3
4
5 6
7
8
CURSO NORMAL DE LOS EVENTOS
Acción del Actor Respuesta del Sistema
A. El usuario, después de ejecutar Dinámico Editor Se encuentra con la ventana Principal donde se puede identificar el icono de creación de reglas donde debe hacer clic [1].
B. El sistema inmediatamente despliega la Pantalla Establecer Relaciones y Carga la lista de elementos a ser visualizados para cada pestaña de selección.
C. El usuario procede a seleccionar el flujo al cual se le asignara una o varias reglas por medio de una pestaña de selección [2].
D. El usuario da clic en el botón “Crear Regla” para proceder con la selección de reglas de acuerdo al flujo seleccionado [3].
E. El sistema despliega la ventana de asociación de reglas.
G. Una vez seleccionado el objeto debemos seleccionar las reglas que asociaremos al objeto para lo cual se dispone de una pestaña de selección de reglas [5] y activarlas con checkbox de activación [6].
H. Luego de haber seleccionado una a una las reglas y activarlas el usuario da clic en el botón crear [7], lo que culminaría la asociación de reglas para el objeto seleccionado.
I. El sistema inicializa el objeto de acuerdo a las reglas establecidas y cierra la ventana de Asociación de Reglas.
Tabla 2. Caso de uso real Crear Relaciones
4.6
DINÁMICO VISOR D-V
D-V se desarrollo para usuarios como los Docentes y Estudiantes, los primeros son los encargados de liderar y enseñar el adecuado uso de la herramienta, los cuales basados en el modelo metodológico propuesto anteriormente, utilizaran al Visor como material de apoyo para impartir sus clases, a su vez es el encargado de realizar las labores de administración y selección de modelos.
Los estudiantes son los usuarios principales de esta herramienta, quienes seguirán las indicaciones dadas por el docente o líder de la temática, de acuerdo como se indica en el modelo metodológico propuesto anteriormente (Fase de Ejecución).
Esta aplicación permite la manipulación de elementos importantes en un modelo de DS como los valores de los niveles, parámetros, variables, de una manera sencilla con un control de deslizamiento y haciendo la DS transparente para dichos usuarios, generando un nuevo comportamiento en el escenario grafico de simulación de acuerdo a los cambios efectuados, permitiendo así visualizar y entender los resultados finales, además de poder responder preguntas de tipo “¿Qué pasa si?”, se afecta algo, en determinado modelo.
Al igual que D-E esta aplicación utiliza para la representación grafica de un modelo, un escenario donde están contenidos los mismos objetos de tipo autómata celular y sus reglas asociadas.
4.6.1 Modelo Conceptual de D-V
Es importante conocer también la conceptualización de D-V, percibiendo los posibles conceptos inmersos dentro del proceso de desarrollo de la aplicación.
A continuación en la Figura 9 se presenta un diagrama conceptual del sistema, posteriormente se explicara brevemente cada uno de los conceptos y las relaciones existentes entre ellos.
Docente (from Use Case View)
Estudiante (from Use Case View)
Modelo DS Escenario Regla Objeto Motor Evolucion Valor 1..* 1..1 1..1 1..* 1..1 1..* 1..* 1..1 1..1 Contiene Datos 1..1 1..1 1..1 1..* 1..1 1..* 1..1 modifica Usuario Visor (from Use Case View)
<<Actor>> Modelo Dinamico 1..1 1..1 1..1 1..1 1..* 1..* 1..* 1..* 1..* 1..* 1..* 1..* Modifica Valores Simula 1..1 1..1
Figura 9. Modelo Conceptual Preliminar, DINAMICO Visor
4.6.2 Diagrama de Casos de Uso Para D-V
Cargar Escenario
(from Editor)
Cargar Modelo DS
(from Editor)
Cargar Modelo Dinamico <<include>>
<<include>>
Iniciar
(from Editor)
Detener
(from Editor)
Reiniciar
(from Editor)
Manipular Valores
(from Editor)
Manipular Simulacion
(from Editor)
<<include>>
<<include>>
<<include>> <<include>>
Usuario Visor
(from Use Case View)
Ver Ayuda
(from Editor)
Figura 10. Diagrama de Casos de Uso Para DINAMICO Visor
A continuación en la Tabla 3 se muestra una descripción de las funciones:
FUNCIÓN DESCRIPCIÓN
Cargar Modelo
DINAMICO
Permite cargar un archivo con extensión “*.DINAMICO”, donde esta contenido el escenario y las relaciones con el archivo de DS, a su vez carga el archivo con extensión “*.mev” donde esta contenido el modelo de DS. Es importante aclarar que los dos archivos deben estar contenidos en la misma ubicación y deben tener igual nombre.
Cargar Modelo de DS Permite cargar un archivo de DS con extensión *.mev creado en EVOLUCION 3.5, que contenga el diagrama de Forrester.
Cargar Escenario Permite cargar un archivo con extensión *.DINAMICO existente. Manipular Simulación Funciones relacionadas a la manipulación de la simulación
Iniciar Permite dar inicio al proceso de generación de datos y simulación gráfica. Detener Permite dar fin al proceso de simulación.
Reiniciar Permite dar fin al proceso de simulación actual e iniciar nuevamente. Manipular Valores Permite modificar los valores de algunos elementos del modelo de DS. Ver Ayuda Permite visualizar la ayuda de la aplicación.
Tabla 3. Descripción de las funciones de D-V
4.6.3 Arquitectura D-V
D-V se desarrolla bajo una arquitectura de tres capas (ver Figura 11), la arquitectura multicapa permite división de responsabilidades, flexibilidad y escalabilidad. Las tres capas de la arquitectura son:
• Capa de Presentación: La capa de presentación es la encargada de interactuar de manera directa con
el usuario final de D-V, además de ser la encargada de mostrar la información de los modelos al usuario, por otra parte esta capa permite la captura de los datos que afectan el comportamiento de determinado modelo.
• Capa de Lógica de Aplicaciones: La capa de lógica de aplicaciones es la encargada del
funcionamiento lógico de la aplicación, es en esta capa donde se da soporte a las reglas lógicas que deben cumplir los objetos de tipo autómata celular y donde se debe hacer las relaciones establecidas entre el modelo de DS y los escenarios creados.
• Capa de lógica de Servicios: La capa de lógica de servicios es la encargada de interactuar con los
Figura 11. Arquitectura general de DINAMICO Visor
A continuación se dará una breve explicación de cada uno de los componentes de la arquitectura, mencionados con anterioridad:
• Escenario: El escenario es un componente propio de DINAMICO el cual permite visualizar la
simulación de los datos de una manera gráfica y animada.
• Motor EVL: El componente motor de Evolución encierra capacidades para cargar archivos de
modelos, iniciar y parar la simulación, pudiendo cambiarse las condiciones iniciales de simulación y valores de variables antes y durante la simulación.
4.6.4 Casos de Uso Reales D-V
Para DINAMICO Visor se mostrará en la Tabla 4, el caso de uso real relacionado con la forma como un usuarios (principalmente un niño) manipula la simulación sobre un modelo especifico (previamente se debe haber seleccionado y cargado el modelo DINAMICO)
CASO DE USO REAL Manipular Simulación
ACTOR Usuario Visor
DESCRIPCION Este caso de uso se inicia cuando el usuario decide manipular los elementos de
CURSO NORMAL DE LOS EVENTOS
Acción del Actor Respuesta del Sistema
A. El usuario, después de ejecutar Dinámico Visor Se encuentra con la ventana Principal donde se puede identificar los iconos que permiten manipular la simulación [1].
B. El usuario procede a cargar un modelo dinámico a través del icono [2] (ver caso de uso cargar modelo dinámico) C. El usuario puede modificar los valores de simulación por
medio de la grilla [3], seleccionando el elemento y incrementando o disminuyendo sus valores a través de la barra de desplazamiento [4].
D. El usuario luego de haber modificado los valores de los elementos de la simulación procede a ejecutarla por medio del botón [5].
E. El sistema actualiza los valores y objetos asociados a los elementos de la grilla [3] pasando estos datos al motor de DS y entregando nuevos datos de simulación que serán interpretados por el objeto correspondiente y sus reglas, según el numero de iteraciones y pasos definidas al crear el modelo en D-E. F. Luego de visualizar la simulación el usuario puede
detener este proceso por medio del botón [6].
G. El sistema detiene la simulación y queda listo para un nuevo proceso.
Tabla 4. Caso de uso real Manipular Simulación
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EXPERIENCIAS EN LA REGIÓN SP2
A la fecha, el grupo ha realizado experiencias “in situ” en algunas Instituciones Educativas (IE) de la región SP2, ubicadas en las cabeceras municipales de los pueblitos de San Pablo y La Cruz, además de las veredas Tajumbina y Cabuyales pertenecientes al municipio de La Cruz, departamento de Nariño, Colombia
participación más activa de la comunidad académica en general y se logra además que los efectos de la experiencia queden cuando el grupo de investigación (externo) parta de la zona.
Algunas de las actividades desarrolladas con el fin de dar inicio a la investigación fueron: Primero, se realizaron diferentes visitas a las poblaciones anteriormente mencionadas, con el fin de explorar el entorno donde se realizaría la investigación, además de aplicar algunos artefactos de investigación tales como encuestas y entrevistas a los estudiantes, docentes y directivos, logrando obtener una valiosa información acerca de las dificultades y potencialidades que se presentan bajo el método actual de enseñanza sin las TIC y la facilidad con que se captan algunos conceptos básicos de dinámica de sistemas.
Segundo, se identificaron cuales asignaturas son la mas adecuadas para la abstracción de modelos en pro de la búsqueda de mejoras en los procesos educativos actuales de la región SP2 a través del dialogo y entrevistas, con los estudiantes. Como resultado, se observo, entre otras cosas, que hay cierta resistencia por parte de los estudiantes a las asignaturas de Ciencias Naturales y ciencias sociales debido a que estas asignaturas son un poco más complejas de entender (ver Figura 12).
Figura 12. ¿Cuál es la Materia que mas te Gusta?
Por otra parte es evidente que los niveles de conocimiento en cuanto al manejo de los recursos computacionales son bajos, dado a que el tiempo que los niños tienen acceso a un computador es limitado y más aun para el acceso a Internet, y es mucho más bajo para los docentes de estas poblaciones (ver Figura 13).
Figura 13. ¿Qué tan frecuente es tu contacto con los PC?
Posteriormente al análisis de estos resultados y teniendo claro los posibles modelos a simular, se desarrollo una versión inicial de la herramienta DINAMICO y se desarrollo la metodología Conceptual-Dinámico; con estos dos importantes artefactos se procedió a realizar la implementación y las pruebas de la investigación en las poblaciones mencionadas con anterioridad.
cada temática, además de lograr inculcar una conciencia social en cuanto a la protección del medio ambiente y las consecuencias que podría acarrear si seguimos despreocupados por nuestro planeta.
Las pruebas de funcionalidad de DINAMICO Visor con usuarios reales también fueron satisfactorias y en los estudiantes se observó la gran habilidad que adquirieron con la manipulación y manejo de esta herramienta, además de la excelente impresión que causo poder visualizar lo que sucedía en el modelo cuando realizaban cambios en las variables de los modelos (ver Figura 14).
Figura 14. Pruebas de funcionalidad
Por otra parte se realizó un taller de capacitación a los docentes y directivos, en donde además se les permitió “jugar” con DINAMICO Visor con el fin de capturar las impresiones y potencialidades que tiene para ellos dicha herramienta, apoyada además en el Método Conceptual-Dinámico.
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CONCLUSIONES
Aunque la inclusión de la DS en la educación no es la única manera para mejorar los procesos educativos, hemos seleccionado este enfoque debido a que la simulación por computador puede ser un elemento muy fácil de acoger por los estudiantes debido al auge que en la actualidad tienen los video juegos (y su similitud con la simulación gráfica) en los niños de nuestro país, aprovechando de una manera educativa esta forma de representación de información.
El uso del método Conceptual-Dinámico y de DINAMICO muestra grandes ventajas, para la formación de estudiantes con capacidades de pensamiento dinámico-sistémico y de trabajo en equipo. En este sentido los resultados preliminares de la investigación reflejan grandes potencialidades para el uso de la DS en la Educación Básica Primaria, en principio por el grado de estructuración y ordenamiento del método Conceptual-Dinámico que ayuda, orienta y guía a docentes y estudiantes, y por el soporte dado con DINAMICO que instrumenta de una forma adecuada y útil la experimentación en el aula por parte de estudiantes y docentes.
Otras fortalezas identificadas con la experiencia realizada son:
• El fomento de un cambio, y muy especialmente un mejoramiento de la práctica docente, destacando un enfoque más constructivista,
• Un cambio real en la relación que tienen los estudiantes con el conocimiento y las habilidades que deben desarrollar, en nuestro caso, fomentando la simulación y potenciando la capacidad del trabajo en equipo y las habilidades superiores del pensamiento (según Bloom) y
• El fomento al uso diario y rutinario del computador, lo que potenciaría el desarrollo de un conjunto de habilidades relacionados con las TI
La integración de la DS con los autómatas celulares basados en objetos y reglas permite integrar de una excelente forma el modelado y la simulación con DS en la Educación Básica Primaria. En este sentido, se precisa que la herramienta software de soporte al trabajo en las escuelas deben ser desarrolladas bajo conceptos claros de usabilidad y muy específicamente para niños. En este sentido es apropiado usar interfaces en 3D o similares a las planteadas por los juegos de hoy día.
• El bajo nivel de conocimiento que existe en la mayoría de docentes sobre el manejo básico del computador,
• Las restricciones en cuanto al acceso y tiempo de uso de los computadores,
• El temor de algunos docentes de cambiar sus métodos tradicionales de educación,
• La capacidad y/o motivación que tengan los profesores por apropiar la propuesta que se ha elaborado y las herramientas que se han desarrollado,
• La dificultad para repetir la estrategia de intervención (experiencia) en todas las escuelas y
• Los posibles problemas que se puedan presentar debido a los imaginarios que la comunidad académica tiene del rol del docente y de los estudiantes.
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TRABAJO FUTURO
Incorporar a DINAMICO nuevas funcionalidades que le permitan soportar todas las tareas definidas en el Método Conceptual-Dinámico, teniendo como objetivo central, el desarrollo de una interfaz gráfica mucho más usable para niños de 7 a 12 años.
En la segunda etapa del proyecto se pretende ampliar las experiencias en la región Sur pacífico II (más escuelas, más profesores y más estudiantes) del convenio CPE, con el fin de verificar el impacto de la metodología propuesta y de la herramienta software DINAMICO.
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REFERENCIAS
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http://www.computadoresparaeducar.gov.co/que_es.html.
[2] PIAGET, Jean. LOS ESTADIOS DE DESARROLLO COGNITIVO, Disponible al 24 de abril de 2007 en http://www.piaget.org.
[3] ANDRADE SOSA, Hugo Hernando, NAVAS GARNICA Ximena Marcela. Ideas para una Dinámica de Sistemas en la Educación desde el primer grado. Disponible al 2 de agosto de 2007 en:
http://www.ingenieriamatematica.com/memorias/tercero/documentos/educacion/ideasparaunads.pdf.
[4] ENTORNOS VIRTUALES DE ENSEÑANZA-APRENDIZAJE: EL PROYECTO GET, Disponible al 17 de Julio de 2007 en http://www.ucm.es/info/multidoc/multidoc/revista/cuad6-7/evea.htm.
[5] NAVAS GARNICA, Ximena Marcela. PROPUESTA INFORMÁTICA PARA LA EDUCACIÓN EN EL CAMBIO, BASADA EN AMBIENTES DE MODELADO Y SIMULACIÓN. UN ENFOQUE SISTÉMICO, Universidad Industrial de Santander, Facultad de Ingenierías Físico-Mecánicas, Bucaramanga, 2006.
[6] ANDRADE, Hugo, NAVAS, Ximena. Ideas para una Dinámica de Sistemas en la Educación desde el Primer Grado. Proyecto Mac. Disponible al 1 de Julio de 2007 en
http://www.ingenieriamatematica.com/memorias/tercero/documentos/educacion/ideasparaunads.pdf.
[7] LYNEIS, Debra. The Future of System Dynamics and Learner Centered Learning in K-12 Education. The International System Dynamics Society Conference. Palermo, Italy, July 2002. Disponible al 1 de Julio de 2007 en http://www.clexchange.org/ftp/newsletter/CLEx12.2.pdf.
[8] COLAB - Colaborative Laboratorios. Disponible al 2 de Agosto de 2007 en
http://www.co-lab.nl/index.html.
[9] PRADO, John., QUINTERO, Norman (QEPD), PÉREZ, Ana y ANDRADE, Hugo. Ambiente de Trabajo Colaborativo para el Modelado y Simulación con Dinámica de Sistemas Utilizando Evolución 3.5, 2005. Disponible al 1 de Julio de 2007 en
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[10]Grupo de Investigaciones en Modelamiento y Simulación, Disponible al 2 de julio de 2007 en
http://simon.uis.edu.co.
[11]HOMOS 1.0 Herramienta Software para el Modelamiento y Simulación basado en Objetos y Reglas, Disponible al 03 de agosto de 2007 en: http://lsm.dei.uc.pt/ribie/docfiles/txt200342415019136.PDF,
http://simon.uis.edu.co/WebSIMON/software/indsof.htm.
[12]NIÑO, Miguel, COBOS, Carlos, MORENO, Jorge, GUERRERO, Jonathan, GIRÓN, Juan. Propuesta Metodológica para Incorporación de la Dinámica de Sistemas en la Educación Básica Primaria. 5 Encuentro Colombiano de Dinámica de Sistemas. Medellín, Colombia, 8 al 10 de Agosto de 2007.
[13]JOHNSON, David W., JOHNSON, Roger T. Learning together and alone (2nd ed.). Englewood Cliffs, NJ: Prentice-Hall. 1987.
[15]JOHNSON, Roger T. and David W. JOHNSON. "An Overview of Cooperative Learning." Creativity and Collaborative Learning Eds. Jacqueline Thousand, R. Villa and A. Nevin. Baltimore, Paul H Brookes Publishing. 1994.
[16]JOHNSON, Roger T., JOHNSON, David W. Handbook of Research for Educational Communications and Technology. Edited by David H. Jonassen. 1997.
[17]JOHNSON, D. W., JOHNSON, R. T. Aprender Juntos y Solos. Aprendizaje Cooperativo, Competitivo e Individualista. (1ra Ed.). Aique Grupo Editor S.A. 1999.
